Plutonium
Istotop terpenting plutonium adalah plutonium-239 yang memiliki umur paruh 24100 tahun. Plutonium-239 merupakan fisil, yakni ia dapat memecah ketika dibombardir oleh neutron termal, melepaskan energi, radiasi gamma, dan neutron yang lebih banyak. Oleh karena itu, dia dapat mempertahankan reaksi rantai nuklir setelah mencapai massa kritis. Sifat-sifat inilah yang
memungkinkan plutonium digunakan sebagai senjata nuklir dan digunakan pada beberapa reaktor nuklir. Isotop paling stabil plutonium adalah plutonium-244, dengan umur paruh sekitar 80 juta tahun. Umur paruh ini cukup panjang untuk bisa ditemukan secara alami dalam jumlah kecil. Plutonium-238 memiliki umur paruh 88 tahun dan memancarkan partikel alfa. Ia adalah sumber panas pada generator
termolistrik radioisotop (digunakan pada beberapa pesawat antariksa). Plutonium-240 memiliki laju fisi spontan yang tinggi sehingga akan meningkatkan tingkat neutron latar pada sampel. Keberadaan Pu-240 akan membatasi potensi daya dan senjata suatu sampel. Ia juga digunakan sebagai titik tolok penentuan tingkat ("grade") plutonium: tingkat senjata (19%). Pu-238 dapat disintesis dengan membombardir uranium-238 dengan deuteron, sedangkan Pu-239 dengan disintesis dengan membombardir uranium-238 dengan neutron.
Unsur 94 pertama kali disintesis oleh sekelompok ilmuwan yang dipimpin oleh Glenn T. Seaborg dan Edwin McMillan di Universitas California, Berkeley pada tahun 1940. McMillan kemudian menamai unsur baru tersebut plutonium (atas nama Pluto). Penemuan plutonium kemudian menjadi bagian penting dalam Proyek Manhattan untuk mengembangkan bom atom selama Perang Dunia II. Uji nuklir pertama, "Trinity" (Juli 1945), dan bom atom kedua ("Fat Man") yang digunakan untuk menghancurkan kota Nagasaki (Agustus 1945) memiliki inti Pu-239.
Sama seperti logam-logam lainnya, plutonium memiliki penampilan perak mengkilat. Namun ketika terpapar dengan udara bebas, plutonium (IV) oksida akan terbentuk dengan cepat dan membuat logam tersebut menjadi kusam kelabu. Selain itu warna kuning dan hijau zaitun juga pernah dilaporkan. Pada suhu kamar, plutonium berada dalam bentuk alotop alfanya. Bentuk alotrop inilah yang merupakan
bentuk yang paling umum dan memiliki tingkat kekerasan seperti besi cor, terkecuali apabila ia dialoi dengan logam lainnya dan membuatnya menjadi lunak dan dapat dengan mudah diubah bentuk. Berbeda dengan kebanyakan jenis logam, plutonium bukanlah konduktor panas dan listrik yang baik. Ia memiliki titik leleh yang rendah (640 °C) dan titik didih yang sangat tinggi (3.327 °C).
Emisi partikel alfa yang merupakan pelepasan inti helium berenergi tinggi adalah bentuk radiasi paling umum yang dipancarkan oleh plutonium. Panas yang dilepaskan selama pelepasan dan deselerasi partikel-partikel alfa ini membuat plutonium dengan ukuran sebesar bola sofbol terasa hangat ketika disentuh, sedangkan untuk massa plutonium yang lebih besar, ia dapat mendidihkan satu liter air dalam waktu beberapa menit (bervariasi tergantung pada komposisi isotop).
Resistivitas plutonium pada suhu kamar sangatlah tinggi jika dibandingkan dengan logam lain dan ia akan semakin tinggi ketika temperatur diturunkan. Tren peningkatan resistivitas ini akan diteruskan sampai dengan 100 K. Di bawah temperatur ini, resistivitas akan menurun drastis. Ketika temperatur menurun sampai dengan 20 K, resistivitas meningkat kembali oleh karena kerusakan radiasi (laju peningkatan sesuai dengan komposisi isotop).
Oleh karena swa-iradiasi ("self-irradiation") plutonium, ia akan memperlihatkan kelelahan ("fatigue") pada keseluruhan struktur kristalnya, yang berarti bahwa penataan atom pada kristal akan dikacaukan oleh radiasi tersebut dari waktu ke waktu. Namun, swa-iradiasi juga dapat mengakibatkan pelunakan yang dapat mengimbangi beberapa efek lelah ketika temperatur
ditingkatkan di atas 100 K.Plutonium umumnya mempunyai enam alotrop. Pada temperatur yang tinggi dan jangka tekanan tertentu, alotrop ketujuh (zeta, ) dapat terbentuk. Alotrop-alotrop ini memiliki tingkat energi yang hampir sama, namun densitas dan struktur kristal yang sangat berbeda. Hal ini membuat plutonium sangat sensitif terhadap perubahan temperatur, tekanan, dan lingkungan
kimiawi. Selain itu, perubahan volume yang dramatis selama transisi fase dari satu alotrop ke alotrop lainnya juga memungkinkan. Tidak seperti bahan-bahan lainnya, densitas plutonium akan "meningkat" ketika ia meleleh (sebesar 2.5%). Namun cairan logam plutonium itu sendiri menunjukkan penurunan secara linear pada densitasnya seiring dengan meningkatnya temperatur. Densitas berbagai alotrop plutonium berkisar dari 16.00 g/cm sampai dengan 19.86 g/cm.
Keberadaan banyak alotrop ini membuat pemrosesan plutonium sangat sulit. Sebagai contohnya bentuk  plutonium terbentuk pada suhu kamar dan ia memiliki karakteristik yang mirip dengan besi cor, namun akan berubah menjadi seperti plastik dan mudah diubah bentuk ketika ia berubah menjadi alotrop  ("beta") pada temperatur yang sedikit lebih tinggi. Alasan mengapa plutonium memiliki diagram fase yang rumit belumlah sepenuhnya diketahui.
Plutonium dalam bentuk  ("delta") umumnya terbentuk pada kisaran suhu 310 °C sampai dengan 452 °C, namun ia stabil pada suhu kamar apabila dialoi dengan galium, aluminium, ataupun serium dalam persentase rendah. Bentuk delta plutonium memiliki sifat-sifat yang lebih mirip dengan sifat logam pada umumnya. Ia kira-kira sekuat dan selunak aluminium.
Plutonium merupakan logam aktinida radioaktif. Isotop plutonium-239 (Pu-239) merupakan salah satu dari tiga isotop fisil utama (sisanya adalah uranium-233 dan uranium-235). Agar dapat dianggap sebagai fisil, inti atom sebuah isotop haruslah dapat memecah (fisi) ketika ditembakkan dengan neutron dan melepaskan sejumlah neutron tambahan yang cukup untuk mempertahankan reaksi
berantai nuklir dengan memecahkan inti selanjutnya. Pu-239 memiliki faktor penggandaan (k) yang positif. Hal ini berarti bahwa jika logam tersebut tersedia dalam jumlah massa yang mencukupi dan dalam bentuk geometri yang tepat, ia dapat membentuk massa kritis. Selama fisi, sebagian energi ikat yang mengikat inti agar tetap bersama dilepaskan sebagai energi panas,
energi kinetik, dan energi elektromagnetik dalam jumlah yang besar. Satu kilogram Pu-239 dapat menghasilkan ledakan yang setara dengan 20.000 ton TNT. Jumlah energi yang sangat besar ini membuat Pu-239 sangat berguna pada reaktor dan senjata nuklir.
Keberadaan isotop plutonium-240 (Pu-240) pada suatu sampel akan membatasi potensial bom nuklir plutonium. Hal ini dikarenakan Pu-240 memiliki laju fisi spontan yang tinggi (440 fisi per detik per gram setiap 1000 neutron per detik per gram), sehingga meningkatkan tingkat neutron latar, yang pada akhirnya akan meningkatkan risiko pradetonasi. Plutonium dapat dikategorikan ke dalam berbagai tingkatan,
yaitu tingkat senjata, tingkat bahan bakar, dan tingkat reaktor, bergantung pada persentase Pu-240 pada suatu sampel. Plutonium tingkat senjata memiliki kadar Pu-240 kurang dari 7%, plutonium tingkat bahan bakar mengandung 7%- 19% Pu-240, dan plutonium tingkat reaktor mengandung lebih dari 19% Pu-240. Isotop plutonium-238 (Pu-238) tidak dapat menjalani fisi nuklir dengan mudah, walaupun ia dapat mengalami peluruhan alfa.
Terdapat setidaknya dua puluh isotop radioaktif plutonium yang telah diidentifikasi. Isotop yang berumur paling panjang adalah Pu-244, dengan umur paruh 80.8 juta tahun. Diikuti oleh Pu-242 dengan umur paruh 373300 tahun, dan Pu-239 dengan umur paruh 24110 tahun. Isotop radioaktif sisanya memiliki umur paruh kurang dari 7000 tahun. Unsur ini juga memiliki delapan
keadaan metastabil, walaupun tidak ada satupun yang benar-benar stabil dan hanya memiliki umur paruh kurang dari satu detik.