Le rhénium est l'un des métaux les plus rares de la croûte terrestre ; il n'est presque jamais extrait de gisements primaires mais récupéré comme sous-produit du traitement du minerai de molybdène-cuivre, avec une production minuscule et un prix élevé, et est longtemps classé comme métal stratégique critique. Son plus grand usage est dans les superalliages pour les aubes de turbine, chambres de combustion et disques de turbine des moteurs à réaction et turbines à gaz – les superalliages monocristallins à base de nickel contenant du rhénium peuvent supporter d'énormes forces centrifuges et chocs thermiques longtemps à des températures proches de la fusion, faisant du rhénium un élément d'alliage indispensable dans les aubes monocristallines des moteurs d'avion commerciaux modernes ; la quantité de rhénium dans un grand moteur d'avion de ligne est faible mais irremplaçable. Au-delà des moteurs d'avion, les alliages contenant du rhénium sont aussi utilisés dans les turbines à gaz industrielles, les tuyères de fusée et les composants de véhicules hypersoniques. En chimie, le rhénium est utilisé principalement dans les catalyseurs bimétalliques platine-rhénium pour le reformage catalytique du pétrole, convertissant le naphta à faible indice d'octane en essence à haut indice d'octane et aromatiques ; ces catalyseurs sont très actifs, de longue vie et résistants au dépôt de coke, et constituent un système catalytique clé du raffinage. Le rhénium est aussi utilisé dans les thermocouples à haute température, les cibles à rayons X et certains composants électroniques.
L'heptoxyde de rhénium (Re2O7) est l'oxyde le plus volatil du rhénium, un solide orange-jaune et l'intermédiaire clé pour extraire le rhénium des poussières de grillage des minerais de molybdène, ainsi que le point de départ des composés et catalyseurs de rhénium haute pureté. Le perrhénate d'ammonium (NH4ReO4) est le sel de rhénium le plus important industriellement, un cristal blanc utilisé directement pour préparer les catalyseurs de reformage platine-rhénium et la poudre de métal rhénium, et est aussi la principale forme commerciale sous laquelle le rhénium est échangé et tarifé. Le trioxyde de rhénium (ReO3) est un oxyde rouge à éclat métallique, utilisé principalement dans la recherche catalytique et les matériaux à couche mince spécialisés. Le disulfure de rhénium (ReS2) est un dichalcogénure de métal de transition stratifié à structure bidimensionnelle type graphène ; il a suscité de l'intérêt dans l'hydrogénation catalytique, le stockage d'énergie électrochimique et la recherche sur les semi-conducteurs, mais n'a pas encore atteint l'usage industriel à grande échelle. Dans l'ensemble, la grande majorité des composés du rhénium servent au catalyse de raffinage et aux précurseurs de superalliages, avec des marchés grand public négligeables.
