Le palladium est principalement utilisé comme catalyseur dans l'industrie chimique, mais il a aussi d'autres applications. Il offre notamment une très grande résistance à la corrosion et est par conséquent utilisé en médecine dentaire pour la fabrication de couronnes dentaires. L'ajout de ruthénium ou de rhodium durcit le palladium et donne des alliages qui offrent diverses applications, notamment en joaillerie où, en décolorant l'or, le palladium produit « l'or blanc ».
Le palladium ne joue aucun rôle biologique, et tous ses composés doivent être considérés comme hautement toxiques et cancérogènes. Fait intéressant, toutefois, le chlorure de palladium fut à une époque prescrit pour traiter la tuberculose, sans observation d'effets secondaires.