Le zirconium est un métal hautement résistant à la corrosion et à haut point de fusion qui, du fait de sa section efficace d'absorption des neutrons extrêmement faible, est devenu un matériau clé de l'industrie nucléaire. Son usage le plus important est le gainage du combustible des réacteurs nucléaires : les alliages de zirconium (tels que le Zircaloy) gainent les pastilles de combustible en dioxyde d'uranium, conservant leur intégrité structurelle longtemps dans l'eau à haute température et haute pression tout en n'absorbant presque pas de neutrons, si bien que la réaction en chaîne se déroule efficacement ; pour cette raison, les assemblages combustibles des centrales nucléaires sont presque universellement en alliages de zirconium. Dans la céramique et les réfractaires, la zircone (ZrO2) est dure et tenace, et les céramiques de zircone servent aux couronnes dentaires, outils de coupe, boîtiers de montre et composants structurels de précision. Dans les réfractaires, les briques de zircon et les mélanges pilonnés au zircon garnissent les zones critiques des fours verriers et des fours de fusion d'acier, résistant à l'érosion à haute température et à l'attaque des laitiers. Le zirconium entre aussi dans les équipements chimiques résistant à la corrosion, les blindages pare-balles, les bougies d'allumage et les matériaux de soudage spéciaux, son inertie chimique se montrant superbe dans les acides et les bases forts.
Le ZrSiO4, c'est-à-dire le sable de zircon, est le principal minerai dont sont extraits le zirconium et le hafnium ; à ce titre il est lui-même utilisé en grandes quantités comme granulat réfractaire et opacifiant céramique dans le verre, les fours et les carreaux muraux et de sol. La zircone (ZrO2), après stabilisation par l'yttrium, est transformée en céramiques de zircone utilisées dans les pièces structurelles, les restaurations dentaires et les électrolytes de piles à combustible à oxyde solide, et est aussi la principale matière première des pierres précieuses synthétiques. Le tétrachlorure de zirconium (ZrCl4) est l'intermédiaire clé de fabrication du zirconium métallique et des produits chimiques à base de zirconium ; dans la production de zirconium éponge de qualité nucléaire, il est obtenu par chloruration du sable de zircon puis réduit par le magnésium en zirconium éponge. Il convient de noter que le hafnium, qui accompagne le sable de zircon, est proche chimiquement du zirconium mais absorbe fortement les neutrons ; le zirconium de qualité nucléaire doit avoir le hafnium profondément éliminé, l'étape la plus critique de la transformation du zirconium.
