ニオブは、ほぼ常にタンタルと同時に採掘され、タンタルの名前の由来であるギリシア神話における王のタンタロスの娘であるニオベーにちなんで名づけられている。ニオブには多くの用途があり、その中には他の耐火金属と共通のものがある。焼なましを使って広い範囲の強度と弾性を実現でき、耐火金属の中ではもっとも低い密度を持つという点が特徴である。電解コンデンサやもっとも実用的な超伝導合金でも用いられる。ニオブは航空機のガスタービン、真空管や原子炉などでも用いられる。アポロ月着陸船のメインエンジンなど、液体ロケットスラスターノズルに用いられる合金はC103と呼ばれるもので、89パーセントのニオブ、10パーセントのハフニウム、1パーセントのチタンからなる。また、アポロ司令・機械船のロケットノズルには異なるニオブ合金が用いられている。ニオブは摂氏400度を超えると酸化されるため、合金がもろくなってしまうのを避けるために、こうした用途では保護コーティングが必要となる。
モリブデンをベースとした合金は、性質的にはより優れているタングステン合金に比べて安価であることから、広く用いられている。もっとも広く用いられているモリブデンの合金は、チタン-ジルコニウム-モリブデン合金を略してTZMと呼ばれるもので、チタン0.5パーセント、ジルコニウム0.08パーセント、残りをモリブデンで構成したものである。この合金は高温においてより高いクリープ耐性と強度を持ち、摂氏1,060度より高い温度でも用いることができる。また、モリブデン70パーセントとタングステン30パーセントの合金であるMo-30Wは、溶融した亜鉛による攻撃に対する強い抵抗性から、亜鉛の鋳造作業に理想的な材料となっている。溶融亜鉛用のバルブの製作にも用いられる。モリブデンは、水銀と合金（アマルガム）を形成せず、水銀による腐食に強いことから、水銀接点継電器に用いられる。モリブデンは耐火金属の中ではもっとも広く用いられる。もっとも重要な用途は、鋼鉄の合金の強化である。鋼管を用いた配管や構造体にはよくモリブデンが添加されており、ステンレス鋼の多くにも使用される。高温での強度、摩耗耐性、摩擦係数の低さといった特性はいずれも、合金に配合する材料として非常に有用なものである。摩擦を減らす優れた特性から、特に信頼性や性能が重要な場所で、潤滑油やグリースに配合される。自動車用の等速ジョイントではモリブデンを含有するグリースが用いられる。化合物は非常に容易に金属に貼りつき、非常に硬く摩擦に耐えるコーティングを形成する。世界中のモリブデン鉱石の多くは中華人民共和国、アメリカ合衆国、チリ、カナダで採掘される。
耐火金属は、照明、工具、潤滑剤、原子核反応の制御棒、助触媒、その化学・電気的性質を利用する用途などに用いられる。その高い融点のため、耐火金属を用いる部品は鋳造では製作しない。粉末冶金という方法が用いられる。純粋な金属の粉末を圧縮し、電流を用いて加熱し、さらに焼なましをしながら冷間加工が行われる。耐火金属は、針金、地金、配筋用材、板金、箔といったものに加工することができる。
耐火金属は、周期表上3つの異なる族に含まれているため、広く異なる化学的性質を示す。耐火金属は容易に酸化されるが、金属塊の場合は表面に安定な酸化物層が形成されるため、反応速度が遅くなる。特に、レニウムの酸化物は金属レニウムよりも揮発しやすいため、高温では酸化物層が揮発してしまうことから、酸化に対する安定性は失われる。耐火金属は酸に対しては比較的安定である。
耐火金属という用語の定義のほとんどでは、非常に高い融点を持つことを重要な要件としている。ある定義によれば、融点が摂氏2,200度を超えるものと分類するとしている。ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、レニウムという5つの元素は、どの定義でも耐火金属に含まれる一方、融点が摂氏1,850度を超えるすべての元素という定義など、より広い範囲の定義では、チタン、バナジウム、クロム、ジルコニウム、ハフニウム、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、イリジウムの9種類の中からいくつかが含まれる。人工放射性元素は耐火金属であるとはみなされていないが、テクネチウムは融点摂氏2,157度を持ち、ラザフォージウムの融点は摂氏2,100度であると予測されている。
島は新生代新第三紀中新世の地殻変動に伴い海底岩盤が隆起したものが原形とされ、中核部は主として石英斑岩からなる。第四紀更新世の最終氷期に日本列島がユーラシア大陸と陸続きであった時期、島の原形も陸地の一部（山）となり土壌が堆積。完新世に氷河期が終わり海面上昇で対馬海峡や日本海が形成されたことで玄界灘の孤島が形成され、造山運動で海底に堆積していた対州層が周辺海域での火山活動で噴出し島の表面に露出する泥岩となった。島を上空から見ると北東から南西に向かって紡錘形をなし、北部に主峰一ノ岳（標高243.6m）がある。沖ノ島は亜熱帯性植物の北限でビロウやオオタニワタリ等の亜熱帯性植物が生育し、森林域はタブノキやヤブニッケイ等を中心とした原生林であるため1926年（大正15年）10月20日に「沖の島原始林」として国の天然記念物に指定されている。また、ヒメクロウミツバメ、カンムリウミスズメ及びオオミズナギドリなどの海鳥の集団繁殖地となっており、1978年（昭和59年）3月31日に国指定沖ノ島鳥獣保護区（集団繁殖地）に指定され（面積97ha、うち特別保護地区94ha）、玄海国定公園の自然環境保全地域でもある。その他の動物相としては、爬虫類でヘビが生息しておらず、天敵がいないことで海鳥が繁殖している点が上げられる。また、九州大学によって行われた昆虫調査では、99科448種が確認されている。世界遺産推薦に際し掲げられたテーマに「宗像信仰の根幹となる海神（海洋）崇拝を表現する海（玄界灘）」があり、沖ノ島周辺海域の自然環境は重視される。1980年代に九州大学が実施した海洋調査では64科168種を確認したが、近年の調査では南洋系の熱帯魚などが増えており、海藻が育たなくなる磯焼けも発生し漁獲量が減少するなど地球温暖化（海水温上昇）を指摘する見方もある。近年は、韓国や中国において海洋投棄された漂流・漂着ごみの着岸が確認されており、聖域を汚すのみならず、景観や生態系を損なう恐れもある。