二氧化钚是一种无机化合物，分子量274.00。是钚元素最稳定的氧化物。绿棕色至黄棕色粉末。剧毒，具强放射性。比重11.46。熔点2400℃。 不溶于水，溶于热的浓硫酸。其颗粒细，易漂浮在空气中，操作均必须在密闭手套箱中进行。可由钚的过氧化物、草酸盐、氢氧化物和硝酸盐在氧气中加热至800～1000℃时制得。用作增殖堆和动力堆的核燃料。

二氧化钚是绿棕色到黄棕色的固体，在氦气中的熔点为2280±30℃，蒸气压很低；通常由草酸钚和硝酸钚灼烧而得。高温灼烧法的二氧化钚密度为11.46g/cm3，属萤石型结构。常为绿色，和粒度有关。二氧化钚，特别是在高温下烧结后，十分难溶，在盐酸和硝酸中溶解极慢且不完全，在沸腾的氢溴酸中溶解较快，用硫酸氢钠等熔剂在熔融条件下可溶解二氧化钚。二氧化钚具有熔点高，辐照稳定性高，与金属及反应堆冷却剂相容，易于制造等优点。被用作动力反应堆核燃料，也常与二氧化铀混合制成混合氧化物燃料。

在空气中灼烧钚或它的化合物（磷酸盐除外），以及在真空或惰性气氛中加热含氧化物到1000℃时生成二氧化钚。Holley等用灼烧Pu或Pu的草酸盐，或Pu的过氧化物制得了二氧化物。起始的化合物要以结晶的形式沉淀是很重要的，因为胶体沉淀在灼烧时容易生成黑色、不纯的氧化物。

在空气中加热Pu或Pu的草酸盐到1000℃可以制得很纯的、结晶的二氧化物。为避免急剧分解，在大约700℃以前加热速度必须很慢，之后温度可以很快升到1000℃以去掉最后的痕迹量的碳。过氧化物可以用类似的方式灼烧，只是它必须缓慢地加热到大约200℃，以避免由于急剧分解而引起的飞溅。加热到700℃可去掉硫酸盐。为了保证高纯度产品，加热到1000℃。

由于二氧化钚具有高熔点、辐照稳定、同金属互容以及容易制备等特性，是核燃料的一种适用的组成形式。高温下二氧化钚可与氟化氢反应生成三氟化钚，有氧气存在时生成四氟化钚；高温下与氟作用生成六氟化钚，与锌镁合金反应还原生成金属钚。

β-三氧化二钚的熔点为2085±25℃；可由二氧化钚与碳在氦中加热到1625℃制得。α-三氧化二钚可由在真空中加热二氧化钚到1650～1800℃ 而制得。α-三氧化二钚由二氧化钚熔化时损失氧而制得，其熔点为2360±20℃。