ウランは自然界で最も重い元素であり、今日までのところ大規模商業ベースで導入されている唯一の核燃料金属である。中心的な用途は原子力発電所の燃料である。天然ウランの約0.7%は核分裂性のウラン235で、ガス遠心分離によって約3%〜5%に濃縮され、二酸化ウランペレットに加工されて燃料集合体に装填され、世界中の数百基の原子炉で低炭素のベースロード電源として送電網のかなりの部分を支えている。軍事分野では、ウラン235または原子炉で生産されたプルトニウム239が核兵器の核心材料であり、この用途が冷戦期に大規模なウラン濃縮・再処理産業の拡大を駆り立てた。濃縮後に残る「劣化ウラン」(ウラン235の存在比が天然ウランより低いもの)は依然として放射性であるが、その非常に高い密度と良好な機械的性質から、航空機やヘリコプターのバラスト、船舶のバラスト、放射線治療装置の遮蔽材、戦車の徹甲弾の弾芯などに使われてきた。後者の用途は論争を呼び、いくつかの国で規制されている。ウランには歴史的な非原子力の用途もある。ガラス融液に少量の酸化ウランを加えると「ウランガラス」ができ、黄緑色に蛍光することから、19世紀から20世紀初頭にかけて装飾用ガラス製品、器、食卓用品に広く用いられた。生産はとうに停止されており、現在ではこうした品物は収集家市場の専門分野となっている。
二酸化ウラン(UO2)は核燃料ペレットの主要な形態であり、焼結後に原子炉の芯の中で長期間にわたって機能する。八酸化三ウラン(U3O8)は天然ウラン鉱石(ピッチブレンド)中で最も普通に見られる酸化物の形態であり、ウラン鉱石濃縮物が輸送・取引に先立って転換される製品「イエローケーキ」の主成分である。六フッ化ウラン(UF6)は約56℃で昇華し、ガス遠心濃縮に用いられる唯一の扱いやすい気体状ウラン化合物である。濃縮されたUF6はその後二酸化ウラン燃料へと再転換される。硝酸ウラニル(UO2(NO3)2)はウラン鉱石の製錬や燃料サイクル前段の抽出フローシートにおける鍵となる製品である。ウランは浸出液から硝酸ウラニルとして抽出・精製され、さらに酸化物へと転換される。その他のウラン化合物は歴史的にガラスや陶磁器の着色剤として使われたが、現在では消費用途からほぼ姿を消している。
