Plutoni(IV) oxit là một vật liệu gốm ổn định với độ hòa tan rất thấp trong nước và sở hữu điểm nóng chảy cao (2.744 ℃). Điểm nóng chảy này đã được điều chỉnh tăng vào năm 2011, với mức tăng vài trăm độ, dựa trên bằng chứng từ các nghiên cứu nóng chảy nhanh chóng bằng laser để tránh bị lẫn tạp chất bằng bất kì vật liệu hay chất nào.[2]

Do sự phân rã phóng xạ alpha của plutoni, PuO2 ấm lên khi chạm vào. Cũng như tất cả các hợp chất plutoni, hợp chất này được kiểm soát theo Hiệp ước không phổ biến vũ khí hạt nhân.