Khi được tách ra, urani là kim loại có màu trắng bạc, phóng xạ yếu, mềm hơn thép một chút,[9] độ dương điện mạnh và độ dẫn điện kém.[34] Nó dẻo, dễ uốn và có tính thuận từ.[9] Kim loại urani có mật độ rất lớn, đặc hơn chì khoảng 70%, nhưng nhẹ hơn vàng.

Urani kim loại phản ứng với hầu hết các nguyên tố phi kim và các hợp chất phi kim với mức phản ứng tăng theo nhiệt độ.[15] Axit clohidric và axit nitric hòa tan urani, nhưng các axit không có khả năng ôxy hóa phản ứng với nguyên tố này rất chậm.[34] Khi chia nhỏ, urani có thể phản ứng với nước lạnh; khi tiếp xúc với không khí, kim loại urani bị phủ một lớp ôxit urani màu đen.[9] Urani trong quặng được tách bằng phương pháp hóa học và chuyển đổi thành urani ôxit hoặc các dạng khác có thể dùng trong công nghiệp.

Urani-235 là đồng vị đầu tiên được tìm thấy có thể tự phân hạch. Các đồng vị khác có mặt trong tự nhiên có thể phân hạch nhưng không thể tự phân hạch. Tùy thuộc vào việc bắn phá bằng các neutron chậm, đồng vị urani-235 sẽ luôn phân chia thành 2 hạt nhân nhỏ hơn, giả phóng năng lượng liên kết hạt nhân và sinh nhiều neutron hơn. Nếu các neutron này được hấp thụ bởi các hạt nhân urani-235 khác, thì chuỗi phân hạch hạt nhân sẽ diễn ra và có thể gây nổ trừ khi phản ứng được làm chậm lại bởi việc điều hòa neutron, bằng cách hấp thụ chúng.[32] Ít nhất 7 kg uranium-235 có thể sử dụng để tạo thành một quả bom nguyên tử.[32] Little Boy là quả bom hạt nhân đầu tiên được sử dụng trong chiến tranh dựa vào sự phân hạch urani, còn vụ nổ hạt nhân đầu tiên và quả bom phá hủy Nagasaki (Fat Man) đều là bom plutoni.

Kim loại urani có 3 dạng thù hình:[35]

• α (trực thoi) bền với nhiệt độ lên đến 660 °C
• β (bốn phương) bền ở nhiệt độ từ 660 °C đến 760 °C
• γ (lập phương tâm khối) bền từ 760 °C đến điểm nóng chảy đây là trạng thái dẻo và dễ uốn nhất.