زیرکونیا در طیف وسیعی از کاربردها و بازارها، با کاربردهای خاص از جمله پیل‌های سوختی جامد، تصفیه اگزوز خودرو، مواد دندانپزشکی، ابزارهای برش سرامیکی و درج‌های فیبر نوری سرامیکی زیرکونیایی، مورد استفاده قرار می‌گیرد. با توسعه سرامیک‌های زیرکونیا، تغییر عمده‌ای در زمینه‌های کاربردی آنها ایجاد شده است. در حالی که در گذشته آنها عمدتاً در مواد نسوز استفاده می‌شدند، اکنون به سرامیک‌های ساختاری، بیوسرامیک‌ها و سرامیک‌های کاربردی الکترونیکی تبدیل شده‌اند و به طور فزاینده‌ای در زمینه‌های فناوری پیشرفته مانند هوافضا، هوانوردی و صنایع هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند.
۱. مواد نسوز
اکسید زیرکونیوم از نظر شیمیایی پایدار است و پایداری حرارتی و مقاومت در برابر شوک حرارتی خوبی دارد، بنابراین می‌توان از آن به عنوان یک پوشش سرامیکی مقاوم در برابر حرارت و محصولات نسوز دما بالا استفاده کرد. همچنین می‌توان آن را به سایر مواد نسوز اضافه کرد تا نسوزندگی را بهبود بخشد. مواد نسوز ساخته شده از زیرکونیا عبارتند از: دهانه‌های اندازه گیری زیرکونیا، بوته‌های زیرکونیا، الیاف نسوز زیرکونیا، آجرهای کوراندوم زیرکونیا و نسوزهای توپ توخالی زیرکونیا که در صنایع متالورژی و سیلیکات استفاده می‌شوند.
۲. سرامیک‌های ساختاری
سرامیک‌های زیرکونیا خواص مکانیکی خوبی دارند و به طور گسترده به عنوان مواد سازه‌ای مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیرند. یاتاقان‌های سرامیکی زیرکونیا نسبت به یاتاقان‌های کشویی و غلتشی سنتی، پایداری عمر بالاتری دارند، در برابر سایش و خوردگی مقاوم‌تر هستند؛ سرامیک‌های زیرکونیا را می‌توان در بوش‌های سیلندر موتور، حلقه‌های پیستون و سایر قطعات ساخت که می‌توانند ضمن کاهش جرم، راندمان حرارتی را بهبود بخشند؛ شیرهای سرامیکی زیرکونیا می‌توانند به طور مؤثر جایگزین شیرهای آلیاژ فلزی سنتی شوند، به ویژه در محیط‌های کاری سخت، به طور مؤثر سایش را کاهش داده و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشند و در نتیجه عمر مفید را تا حد زیادی بهبود بخشند؛ از سرامیک‌های زیرکونیا می‌توان برای ساخت چاقوهای سرامیکی استفاده کرد که از چاقوهای فولادی سنتی تیزتر هستند و ظاهری زیبا دارند و غیره.
۳. سرامیک‌های کاربردی
اکسید زیرکونیوم در دماهای بالا، به ویژه پس از افزودن پایدارکننده‌ها، رسانای الکتریکی است. علاوه بر این، مواد پیزوالکتریک تشکیل شده از اجزای اصلی زیرکونیا به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌اند. حسگرهای اکسیژن ساخته شده از زیرکونیا بسیار حساس هستند و به تعداد زیاد برای تشخیص میزان اکسیژن فولاد مذاب، تشخیص نسبت اکسیژن به گاز در موتورها و تشخیص میزان اکسیژن گازهای خروجی صنعتی استفاده شده‌اند. مواد سرامیکی زیرکونیا همچنین می‌توانند در حسگرهای دما، صدا، فشار و شتاب و سایر سیستم‌های تشخیص خودکار هوشمند ساخته شوند.
۴. مواد زیستی پزشکی
رایج‌ترین کاربردهای مواد سرامیکی زیرکونیا در حوزه زیست‌پزشکی، به عنوان مواد ترمیمی دندان و ابزارهای جراحی است؛ در کشورهایی مانند ژاپن و ایالات متحده، از مواد زیرکونیا برای تولید دندان‌های چینی با شفافیت، زیست‌سازگاری و کیفیت خوب استفاده می‌شود؛ و برخی از محققان پیش از این موفق به استفاده از مواد زیرکونیا برای ساخت استخوان‌های مصنوعی برای اهداف پزشکی شده‌اند.