Promethium tilhører lantanoidene og de sjeldne jordmetallene. Det har ingen stabile isotoper. Den mest stabile isotopen har en halveringstid på 17,7 år. Det er sammen med technetium det eneste grunnstoffet uten stabile isotoper som blir etterfulgt i periodesystemet av et grunnstoff med stabile isotoper. Promethium er et sølvhvitt mykt metall som raskt oksiderer i luft og som reagerer med vann. Promethiumsalter gløder med en grønnlig eller blålig farge i mørket på grunn av radioaktiviteten, og har vært benyttet til selvlysende urvisere som en erstatning for radium. Oppløst i vann forekommer det kun som positivt treverdig ion og gir vannet en fiolettaktig rosa farge. Promethium danner blant annet tungløselige fluorid og karbonat-forbindelser.