흔히 지르코니아로 불리는 이산화 지르코늄(ZrO2)은 흰색 결정으로, 녹는점이 2715oC로 높다. 물에는 거의 녹지 않으나, HF, 뜨거운 황산, 질산, 염산 등에는 녹는다. ZrO2는 천연 광물인 바델라이트로 산출되기도 하나, 이 광물은 비교적 희귀해서 대부분의 ZrO2는 지르콘에서 생산된다. 결정은 실온에서는 단사정(monoclinic) 구조를 가지나 온도를 높이면 정방정(tetragonal) 구조를 거쳐 입방(cubic) 구조로 변환된다. 고온 상태의 정방정 또는 입방 구조를 안정화시키기 위해 여러 금속 산화물이 첨가된다. 고온 입방 구조의 지르코니아 결정은 희귀한 천연 광석 타즈헤르나이트(tazheranite, (Zr,Ti,Ca)O2)로 산출되기도 하지만, 보통 사용되는 것은 합성된 ZrO2로 이를 큐빅 지르코니아라 부르며 가끔은 약칭으로 큐빅이라고도 한다.
합성 큐빅 지르코니아는 굳기가 모스 경도로 8~8.5로 아주 단단하고, 굴절율이 2.15~2.18(다이아몬드: 2.42)로 매우 크며, 보통은 투명해서 저렴한 유사 다이아몬드로 널리 사용된다. 1976년에 상업적으로 생산되기 시작하였는데, 안정제(보통 Ca사용)가 첨가된 ZrO2을 냉도가니에서 유도 가열로 녹여 만든다. 다른 금속 산화물을 미량 첨가하면 산화물의 종류와 양에 따라 여러 색을 띠는데, 예로 크로뮴 산화물이 첨가되면 녹색, 세륨 산화물이 첨가되면 붉은색을 띤다. 큐빅 구조의 지르코니아는 열전도율이 매우 낮아 제트 엔진이나 디젤 엔진에서 열 장벽 코팅에 사용되어 이들 엔진이 고온에서도 작동 가능하도록 하며, 결정을 성장시키는 노에서 단열 세라믹 섬유 등으로도 사용된다. 또한 고온에서 산소 이온이 자유롭게 이동할 수 있으므로, 산소 센서와 연료 전지의 분리막으로도 사용된다.
지르코니아는 치아를 대신하는 재료로 사용되는데, 치과에서 사용하는 세라믹 재료 중 가장 강도가 높고 심미성이 뛰어난다. 또 급격한 온도 변화에 잘 견디므로 실험실 도가니(crucible)와 같은 급열/급냉 기구에 사용되며, 야금로 등에 내화물로 사용된다. 또한 단단하고 내부식성이 우수하기 때문에 세라믹 칼 등에 사용되며, 다른 재료에 내열성 내부식성 세라믹 피막을 입혀 이들을 연소실, 제트엔진, 가스 터빈의 고온 부품으로 사용하기도 한다. 지르콘과 지르코니아는 연마제로도 사용되며, 도자기를 희게 보이게 하는 불투명화제로도 사용된다. 또 지르코늄과 지르코니아로 가공된 재료가 내열성 우주선 부품으로 사용되는 등, 지르코니아를 이용한 정밀 세라믹 제품과 이들의 다양한 용도는 앞으로 더욱 개발될 것이 분명하다.
