Le plutonium est le plus important des métaux transuraniens artificiels et occupe une position irremplaçable dans l'industrie nucléaire. Dans les réacteurs, l'uranium 238 capte des neutrons et se transforme en plutonium 239 ; cet isotope fissile est à la fois le matériau de cœur des armes nucléaires et le combustible des surgénérateurs à neutrons rapides qui, tout en brûlant du plutonium, transforment de l'uranium 238 supplémentaire en nouveau plutonium, produisant ainsi du combustible. Parce que le plutonium métallique est dense et dégage une grande quantité de chaleur par unité de masse, le plutonium 238 est également fabriqué en générateurs thermoélectriques à radioisotopes (RTG), fournissant une énergie durable et fiable aux sondes interplanétaires telles que Voyager, Cassini et le rover martien Curiosity, ainsi qu'à certaines stations polaires sans équipage ; c'est l'une des rares sources d'énergie durables disponibles là où l'énergie solaire n'est pas praticable. Le plutonium ne doit être manipulé que dans des installations nucléaires strictement contrôlées ; sa toxicité et ses exigences de criticité sont extrêmement élevées, et les stocks mondiaux sont concentrés dans les systèmes nucléaires industriels d'un petit nombre de pays.
Les composés du plutonium, tels que le dioxyde de plutonium (PuO2) et le trifluorure de plutonium (PuF3), ne sont produits que dans des conditions contrôlées dans les usines de retraitement du combustible nucléaire et de fabrication de matières militaires, où ils servent à fabriquer le combustible MOX et les cœurs d'armes. Aucun laboratoire ordinaire n'a accès à des quantités pesables de composés du plutonium.
