セリウムはランタノイド希土類で最も豊富で比較的安価であり、実際の工業使用量が最大級の希土類元素の一つである。他の希土類には稀有な贈り物—3価と4価の状態を柔軟に行き来できる—を持ち、天然の酸化還元オールラウンダーとなっている。自動車三元触媒では、セリウム系酸化物が不可欠な酸素貯蔵助触媒である。エンジンの空燃比が変動すると、酸化セリウムが一時的に酸素を貯蔵または放出し、白金、パラジウム、ロジウム触媒を最適窓で働かせ続け、現代ガソリン車三元触媒コートの基本成分である。ガラス産業はもう一つの主要販路である。酸化セリウム研磨粉は光学レンズ、LCDガラス、石英ウェハの支配的な化学機械研磨材料で、研磨効率と表面仕上がりが従来の酸化鉄粉をはるかに上回る。同時に二酸化セリウムをガラスに添加すると紫外線と鉄の緑色を吸収し、UVカットサングラスガラスや脱色ガラスを生み出す。フリント（セリウム-鉄合金）はライターや信号拳銃で火花を散らす材料である。主成分はセリウム-鉄混合希土であり、セリウムが摩擦により容易に酸化・発火するからである。冶金では、セリウムが希土類添加剤として鋼や鋳鉄に添加され、脱硫、脱酸、黒鉛球状化を行い、より清浄な鋼とより高延性の球状黒鉛鋳鉄を生み出す。
二酸化セリウム（CeO2、酸化第二セリウムとも）はセリウムの最も重要な工業化合物で、淡黄色または白色の粉末である。Ce4+/Ce3+の価数変化により、自動車排ガス触媒の酸素貯蔵成分として、また光学ガラスやLCD基板の研磨粉として働き、UV遮蔽ガラス、陶磁器釉薬、固体酸化物形燃料電池の電解質ドープにも用いられる。三酸化二セリウム（Ce2O3）はセリウムの低次酸化物で、紫色または青紫色の粉末であり、主に実験室やセラミック・ガラスの着色で還元性セリウム源として、また特定の光学結晶や電子セラミックに用いられる。フッ化セリウム（CeF3）は白色結晶で、アークカーボン電極（アーク輝度と安定性を上げる）、希土類電解の電解質成分、特定の光学結晶やメタルハライドランプの添加剤に用いられる。研磨・潤滑添加剤としても使われる。
