โลหะผสมเซอร์โคเนียมเป็นโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็กซึ่งประกอบด้วยการเพิ่มธาตุอื่นๆ ลงในเซอร์โคเนียมเป็นเมทริกซ์ ธาตุโลหะผสมหลัก ได้แก่ ดีบุก ไนโอเบียม เหล็ก เป็นต้น โลหะผสมเซอร์โคเนียมมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี สมบัติเชิงกลปานกลาง พื้นที่การดูดซับนิวตรอนความร้อนของอะตอมต่ำ เข้ากันได้ดีกับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ และส่วนใหญ่ใช้เป็นวัสดุโครงสร้างแกนกลางสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ระบายความร้อนด้วยน้ำในอุณหภูมิสูงและแรงดันสูงของน้ำและไอน้ำที่อุณหภูมิ 300~400 องศา นอกจากนี้ เซอร์โคเนียมยังมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมต่อกรด ด่าง และเกลือต่างๆ และมีความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งกับออกซิเจน ไนโตรเจน และก๊าซอื่นๆ ดังนั้น โลหะผสมเซอร์โคเนียมจึงใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่ทนต่อการกัดกร่อนและชิ้นส่วนเครื่องจักรเภสัชกรรม และใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นตัวแทนการระบายแก๊สที่ไม่เกิดการระเหยระเหยในอุตสาหกรรมไฟฟ้าสูญญากาศและหลอดไฟ
โลหะผสมเซอร์โคเนียมที่ผลิตในระดับอุตสาหกรรมมี 2 ประเภท ได้แก่ เซอร์โคเนียม-ดีบุกและเซอร์โคเนียม-ไนโอเบียม โลหะผสมของเซอร์โคเนียม-ดีบุก ได้แก่ Zr-2 และ Zr-4 และตัวแทนทั่วไปของ Zr-2.5Nb ในโลหะผสมเซอร์โคเนียม-ดีบุก ธาตุโลหะผสม ได้แก่ ดีบุก เหล็ก โครเมียม และนิกเกิล สามารถเพิ่มความแข็งแรง ความทนทานต่อการกัดกร่อน และการนำความร้อนของฟิล์มที่ทนต่อการกัดกร่อน และลดความไวของสถานะพื้นผิวต่อการกัดกร่อน โดยทั่วไป โลหะผสม Zr-2 ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด และโลหะผสม Zr-4 ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์น้ำอัดแรงดัน ในโลหะผสมเซอร์โคเนียม-ไนโอเบียม ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมจะดีที่สุดเมื่อเพิ่มไนโอเบียมในปริมาณที่ถึงขีดจำกัดของโครงสร้างผลึกของเซอร์โคเนียมที่อุณหภูมิใช้งาน โลหะผสมเซอร์โคเนียมมีการเปลี่ยนรูปเป็นเฮเทอโรคริสตัลไลน์แบบเนื้อเดียวกัน และโครงสร้างผลึกจะเป็นทรงลูกบาศก์ที่ศูนย์กลางตัวเมื่ออุณหภูมิสูง และเป็นรูปหกเหลี่ยมที่อัดแน่นเมื่ออุณหภูมิต่ำ โลหะผสมเซอร์โคเนียมมีความเหนียวดีและสามารถนำไปแปรรูปเป็นท่อ แผ่น แท่ง และลวดได้ นอกจากนี้ ยังเชื่อมได้ดีอีกด้วย ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการเชื่อมได้
เซอร์โคเนียมมีหน้าตัดการจับนิวตรอนความร้อนขนาดเล็กและมีคุณสมบัติทางนิวเคลียร์ที่โดดเด่น ซึ่งเป็นวัสดุที่ขาดไม่ได้สำหรับการพัฒนาอุตสาหกรรมพลังงานปรมาณูและสามารถใช้เป็นวัสดุโครงสร้างสำหรับแกนเครื่องปฏิกรณ์ ผงเซอร์โคเนียมติดไฟได้ในอากาศและสามารถใช้เป็นตัวจุดชนวนและดินปืนไร้ควัน เซอร์โคเนียมสามารถใช้เป็นสารเติมแต่งสำหรับการดีออกซิไดซ์และการกำจัดซัลเฟอร์ของเหล็กคุณภาพสูง และยังเป็นส่วนประกอบของเหล็กเกราะ เหล็กปืนใหญ่ เหล็กกล้าไร้สนิม และเหล็กทนความร้อน เซอร์โคเนียมเป็นองค์ประกอบโลหะผสมที่สำคัญในโลหะผสมแมกนีเซียม ซึ่งสามารถปรับปรุงความแข็งแรงแรงดึงและคุณสมบัติการประมวลผลของโลหะผสมแมกนีเซียม เซอร์โคเนียมยังเป็นตัวเปลี่ยนรูปสำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียม-แมกนีเซียม ซึ่งสามารถกลั่นเมล็ดพืชได้ เซอร์โคเนียมและเซอร์โคเนียมเป็นสารประกอบที่มีค่าที่สุดในวัสดุทนไฟ เซอร์โคเนียมเป็นวัสดุหลักของเซรามิกใหม่และไม่สามารถใช้เป็นวัสดุทำความร้อนเพื่อต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงได้ เซอร์โคเนียมสามารถใช้เป็นสารเติมแต่งสำหรับเคลือบและแก้วทนกรด ซึ่งสามารถปรับปรุงความยืดหยุ่น ความเสถียรทางเคมี และความทนทานต่อความร้อนของแก้วได้อย่างมาก เซอร์โคเนียมมีประสิทธิภาพการสะท้อนแสงที่แข็งแกร่งและความเสถียรทางความร้อนที่ดี และสามารถใช้เป็นครีมกันแดดในเซรามิกและแก้ว เซอร์โคเนียมสามารถดูดซับออกซิเจน ไฮโดรเจน แอมโมเนีย และก๊าซอื่นๆ ในปริมาณมากเมื่อได้รับความร้อน และเป็นตัวรับที่เหมาะสม เช่น ผงเซอร์โคเนียมเป็นตัวกำจัดแก๊สในหลอดอิเล็กตรอน และแผ่นเซอร์โคเนียมลวดเซอร์โคเนียมเป็นตัวรองรับเกต ตัวรองรับแอโนด เป็นต้น