Le californium est l'un des rares éléments transuraniens à posséder de véritables utilisations industrielles dédiées ; son isotope vedette est le californium 252. Il présente la propriété inhabituelle de fission spontanée : chaque microgramme de californium 252 libère des millions de neutrons par seconde, et lorsqu'il est transformé en source neutronique compacte, il n'occupe pas plus qu'un grain de riz tout en délivrant un faisceau de neutrons intense et stable. De telles sources sont largement utilisées dans l'industrie nucléaire et l'instrumentation. Dans la diagraphie des puits de pétrole, une source de californium 252 est descendue dans le trou de sonde, et l'analyse par activation neutronique est utilisée pour déterminer la porosité de la formation et la teneur en huile et en eau ; les réacteurs nucléaires et les usines de combustible l'utilisent comme source neutronique de démarrage et pour l'étalonnage des instruments. En médecine, la curiethérapie neutronique au californium 252 est utilisée pour traiter certains cancers du cerveau et de la tête-et-cou inopérables. Il est également utilisé en radiographie neutronique, dans la détection d'explosifs et dans l'analyse par activation des matériaux. Parce que la production mondiale annuelle n'est qu'à l'échelle du gramme, les sources neutroniques au californium 252 sont extrêmement coûteuses et ne sont utilisées que là où une source neutronique portable et intense est réellement nécessaire.
Les composés du californium, tels que le trichlorure de californium (CfCl3) et le dioxyde de californium (CfO2), ne sont obtenus que par séparation à l'échelle des traces à partir d'un petit nombre de cibles irradiées dans des réacteurs à haut flux, où ils servent à préparer des cibles de californium métallique et des sources neutroniques. La « source commerciale au californium 252 » n'est en réalité rien de plus qu'une pièce ultramince d'un composé de californium scellée dans une petite capsule métallique ; il n'existe aucune autre forme de composé destiné au consommateur.
