L'osmium est l'un des métaux stables les plus denses, bleu-gris, dur et fragile ; à température ambiante il s'oxyde lentement à l'air en vapeur toxique de tétroxyde d'osmium, si bien qu'il est rarement utilisé directement comme métal pur. Son usage le plus classique est dans les alliages d'osmium ultra-durs avec iridium et ruthénium, utilisés pour la bille des plumes stylographes, les roulements des montres mécaniques, les pivots d'instruments et les roulements de boussole – les stylos plume dits « à pointe iridium » contiennent souvent en fait un alliage osmium-iridium qui écrit des décennies sans usure. Industriellement, les alliages d'osmium sont aussi utilisés dans les contacts électriques, les stylets de phonographe et les pièces critiques de frottement des instruments de précision. Parce que l'osmium pur est fragile, s'oxyde facilement et est excessivement dense, son usage a rétréci avec le temps, la plupart des applications étant déplacées par des iridium, ruthénium, carbure de tungstène et céramiques structurales plus stables. Là où l'osmium a vraiment laissé sa marque dans la technologie moderne, c'est dans ses oxydes comme catalyseurs de synthèse organique et comme colorants de la microscopie électronique biologique, plus sa valeur de recherche dans quelques réactions hautement sélectives. Il est aussi l'un des éléments stables les plus rares de la croûte, avec une production annuelle mesurée en kilogrammes – un cas classique de métal célèbre dans l'histoire mais supplanté dans l'usage moderne.
Le tétroxyde d'osmium (OsO4) est le composé le plus connu et le plus dangereux de l'osmium, un cristal blanc hautement volatil dont la vapeur est très toxique et irrite fortement la cornée. En synthèse organique c'est un réacteur extraordinairement important pour la cis-dihydroxylation, convertissant les alcènes en diols vicinaux, largement utilisé en synthèse pharmaceutique et de chimie fine ; en biologie c'est le fixateur et colorant classique des échantillons de microscopie électronique à transmission, colorant fortement la bicouche lipidique des membranes cellulaires si bien que les coupes ultrafines s'imagent clairement au microscope – un usage encore irremplaçable aujourd'hui. Le trichlorure d'osmium (OsCl3) est le précurseur chlorure le plus couramment utilisé de l'osmium, employé pour préparer d'autres complexes et catalyseurs de l'osmium. Le dioxyde d'osmium (OsO2) est l'oxyde noir de l'osmium, utilisé en petites quantités principalement dans les matériaux d'électrode et la recherche catalytique. Parce que l'osmium lui-même est produit en quantités infimes, presque tous ses composés servent à la recherche de laboratoire et à la synthèse fine haut de gamme, et n'entrent pas dans les produits de grande consommation.
