Jabarkan Pu(V), sebagai  (pink muda) dari Plutonium

Pu(VII), sebagai  (hijau)—ion heptavalen yang jarang terjadi.

Warna yang ditunjukkan oleh larutan plutonium bergantung pada keadaan oksidasi dan sifat-sifat anion asam. Anion asamlah yang memengaruhi derajat pengompleksan—bagaimana atom terhubung ke atom pusat—spesies plutonium. Selain itu, keadaan oksidasi plutonium formal +2 diketahui dalam kompleks [K(2.2.2-kriptan)] [PuIICp″3], Cp″ = C5H3(SiMe3)2.

Keadaan oksidasi +8 juga dimungkinkan dalam plutonium tetroksida  yang volatil. Meskipun ia mudah terurai melalui mekanisme reduksi yang mirip dengan ,  dapat distabilkan dalam larutan basa dan kloroform.

Logam plutonium diproduksi dengan mereaksikan plutonium(IV) fluorida dengan barium, kalsium atau litium pada suhu 1200 °C. Logam plutonium akan diserang oleh asam, oksigen, dan uap, tetapi tidak oleh alkali dan mudah larut dalam asam klorida, iodida, dan perklorat pekat. Leburan logam plutonium harus disimpan dalam ruang hampa atau atmosfer lengai untuk menghindari terjadinya reaksi dengan udara. Pada suhu 135 °C logam plutonium akan menyala di udara dan akan meledak jika diletakkan dalam karbon tetraklorida.

Plutonium merupakan logam yang reaktif. Di udara lembap atau argon lembap, logam ini akan teroksidasi dengan cepat, menghasilkan campuran oksida dan hidrida. Jika logam ini terpapar cukup lama dengan sejumlah uap air dalam jumlah terbatas, lapisan permukaan PuO2 berbentuk bubuk yang membungkus logam akan terbentuk. Selain itu, juga terbentuk plutonium hidrida. Apabila terpapar dengan uap air yang berlebihan, hanya akan terbentuk PuO2.

Plutonium menunjukkan laju reaksi yang sangat besar dan dapat dibalik dengan hidrogen murni, membentuk plutonium hidrida. Ia juga mudah bereaksi dengan oksigen, membentuk PuO dan PuO2 serta oksida intermediat; plutonium oksida mengisi volume 40% lebih banyak daripada logam plutonium. Logam ini bereaksi dengan halogen, menghasilkan senyawa dengan rumus umum PuX3 di mana X dapat berupa F, Cl, Br atau I dan PuF4 juga telah terlihat. Oksihalida berikut telah teramati: PuOCl, PuOBr dan PuOI. Ia akan bereaksi dengan karbon untuk membentuk PuC, nitrogen untuk membentuk PuN dan silikon untuk membentuk PuSi2.

Kimia organologam kompleks plutonium sangat khas untuk spesies organoaktinida; contoh karakteristik senyawa organoplutonium adalah plutonosena. Metode kimia komputasi menunjukkan karakter kovalen yang ditingkatkan dalam ikatan plutonium–ligan.

Serbuk plutonium, hidridanya, dan oksida tertentunya seperti Pu2O3

bersifat piroforik, artinya mereka dapat menyala secara spontan pada suhu sekitar sehingga harus ditangani dalam atmosfer nitrogen atau argon yang lengai dan kering. Plutonium curah hanya menyala ketika dipanaskan di atas suhu 400 °C. Pu2O3 secara spontan memanas dan berubah menjadi PuO2, yang stabil di udara kering, tetapi bereaksi dengan uap air saat dipanaskan.

Krus yang digunakan untuk mengandung plutonium haruslah tahan terhadap lingkungan reduksi yang kuat. Logam tahan api seperti tantalum dan wolfram beserta dengan oksida, borida, karbida, nitrida, dan silisida yang lebih stabil dapat menoleransi lingkungan seperti ini. Peleburan dalam tanur busur listrik dapat digunakan untuk menghasilkan batangan logam kecil tanpa memerlukan krus.

Serium digunakan sebagai tiruan kimia plutonium untuk pengembangan penahanan, ekstraksi, dan teknologi lainnya.