Hợp kim Zirconium là hợp kim không chứa sắt bao gồm việc thêm các nguyên tố khác vào Zirconium như một ma trận. Các nguyên tố hợp kim chính là thiếc, Niobi, sắt, v.v. Hợp kim Zirconium có khả năng chống ăn mòn tốt, tính chất cơ học vừa phải, tiết diện hấp thụ neutron nhiệt nguyên tử thấp, tương thích tốt với nhiên liệu hạt nhân và chủ yếu được sử dụng làm vật liệu cấu trúc lõi cho lò phản ứng hạt nhân làm mát bằng nước ở nhiệt độ cao và áp suất cao nước và hơi nước ở 300 ~ 400 độ. Ngoài ra, Zirconium có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời đối với nhiều loại axit, kiềm và muối, và có ái lực mạnh với oxy, nitơ và các loại khí khác, vì vậy hợp kim Zirconium cũng được sử dụng trong sản xuất các bộ phận chống ăn mòn và các bộ phận máy móc dược phẩm, và được sử dụng rộng rãi làm chất khử khí không bay hơi trong các ngành công nghiệp chân không điện và bóng đèn.
Có hai loại hợp kim zirconi được sản xuất trên quy mô công nghiệp: zirconi-thiếc và zirconi-niobi. Các loại hợp kim trước là Zr-2 và Zr-4, và đại diện tiêu biểu của loại sau là Zr-2.5Nb. Trong hợp kim zirconi-thiếc, các nguyên tố hợp kim thiếc, sắt, crom và niken có thể cải thiện độ bền, khả năng chống ăn mòn và độ dẫn nhiệt của màng chống ăn mòn và giảm độ nhạy của trạng thái bề mặt đối với sự ăn mòn. Thông thường, hợp kim Zr-2 được sử dụng trong lò phản ứng nước sôi và hợp kim Zr-4 được sử dụng trong lò phản ứng nước áp suất. Trong hợp kim zirconi-niobi, khả năng chống ăn mòn của hợp kim là tốt nhất khi lượng niobi được thêm vào đạt đến giới hạn dung dịch của cấu trúc tinh thể zirconi ở nhiệt độ sử dụng. Hợp kim zirconi có chuyển đổi dị tinh thể đồng nhất và cấu trúc tinh thể là lập phương tâm khối ở nhiệt độ cao và lục giác đóng chặt ở nhiệt độ thấp. Hợp kim Zirconi có tính dẻo tốt, có thể chế tạo thành ống, tấm, thanh và dây bằng quá trình gia công nhựa, khả năng hàn cũng tốt, có thể dùng để gia công hàn.
Zirconium có tiết diện bắt neutron nhiệt nhỏ và tính chất hạt nhân nổi bật, là vật liệu không thể thiếu cho sự phát triển của ngành năng lượng nguyên tử và có thể được sử dụng làm vật liệu kết cấu cho lõi lò phản ứng. Bột Zirconium dễ cháy trong không khí và có thể được sử dụng làm kíp nổ và thuốc súng không khói. Zirconium có thể được sử dụng làm phụ gia để khử oxy và khử lưu huỳnh cho thép chất lượng cao, đồng thời cũng là thành phần của thép giáp, thép pháo, thép không gỉ và thép chịu nhiệt. Zirconium là nguyên tố hợp kim quan trọng trong hợp kim magiê, có thể cải thiện độ bền kéo và tính chất gia công của hợp kim magiê. Zirconium cũng là tác nhân biến chất cho hợp kim nhôm-magiê, có thể tinh chế hạt. Zirconia và zircon là những hợp chất có giá trị nhất trong vật liệu chịu lửa. Zirconia là vật liệu chính của gốm sứ mới và không thể được sử dụng làm vật liệu gia nhiệt để chống lại quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao. Zirconia có thể được sử dụng làm phụ gia cho men và thủy tinh chịu axit, có thể cải thiện đáng kể độ đàn hồi, độ ổn định hóa học và khả năng chịu nhiệt của thủy tinh. Zircon có hiệu suất phản xạ ánh sáng mạnh và độ ổn định nhiệt tốt, có thể được sử dụng làm chất chống nắng trong gốm sứ và thủy tinh. Zirconium có thể hấp thụ một lượng lớn oxy, hydro, amoniac và các loại khí khác khi được đun nóng và là chất thu hồi lý tưởng, chẳng hạn như bột zirconium làm chất khử khí trong ống điện tử và tấm zirconium dây zirconium làm giá đỡ cổng, giá đỡ anode, v.v.