Plutonium tilhører actinoidene, og i ren form er det et sølv-hvitt metall. Når det oksiderer, får det et gulaktig belegg. Det har dårlig elektrisk og termisk ledningsevne og blir regnet som paramagnetisk. Plutonium er et reaktivt metall, og oksiderer lett i luft. Ved oppvarming reagerer det med de fleste ikke-metallene og vann, men ved romtemperatur blir det ikke angrepet av vann og basiske løsninger. I konsentrert salpetersyre dannes et passiviserende oksidsjikt som hindrer videre korrosjon. Plutonium løses opp av saltsyre og salpetersyre som inneholder fluorider.