В природе известно несколько изотопов урана (238, 234, 235). В чистом виде уран — серебристо-белый металл с голубоватым оттенком. Плотность 19,05 г/см3, температура плавления 1133° С.
Уран известен в природе в четырех- и шестивалентной форме (в лаборатории получен также двух-, трех- и пятивалентный уран). Важным свойством урана является химическое сродство к кислороду, с которым он образует различные соединения. Наиболее распространен ион четырехвалентного урана, устойчивый в восстановительной обстановке. При экзогенных процессах такие условия часто создаются в присутствии органического вещества. Четырехвалентный уран характеризуется большим размером ионного радиуса 0,097 нм и при эндогенных процессах образует простые окислы, а также сложные соединения с железом, титаном, торием и др. Окись четырехвалентного урана U4+O2 трудно растворима в воде.
По Гаррелсу, константа диссоциации для реакции U4+O2 + 2H2O → U4+ + 4OH при 25° С и давлении 0,1 МПа составляет 10-52 и мало изменяется при возрастании температуры до 120° С. Эта устойчивость четырехвалентного урана в восстановительных условиях и объясняет преимущественное развитие в природных соединениях UO2 и UO2UO3 (смолка, уранинит). Для высокотемпературных месторождений наиболее часта ассоциация урана и тория. Вследствие близости ионных радиусов четырехвалентного урана (0,097 нм) и кальция (0,099 нм) четырехвалентный уран часто присутствует в таких кальцийсодержащих минералах, как сфен и апатит. Ион четырехвалентного урана в водных растворах легко окисляется с образованием иона уранила по схеме: U4+ + 2H2O → (U6+O2)2+ + 4H + 2e. Четырехвалентный уран устойчив примерно в тех же условиях, что и H2S, HS— и S2-, а шестивалентный совместно с SO2— и HSO4—.
Шестивалентный уран обычно представлен ионом уранила UO22+ образующим с кислотами соли, а с водой — соединение [U(OH)4]2+ желтого цвета. Ионный радиус шестивалентного урана, по В. М. Гольдшмидту, 0,08 нм. Легкая растворимость его сульфатных и карбонатных соединений обусловливает широкую миграцию урана в поверхностных условиях.
Важной геохимической особенностью урана является его способность легко восстанавливаться из шестивалентного в четырехвалентное, состояние. Такое восстановление обычно происходит в эндогенных условиях, но имеет место также и при экзогенных процессах в присутствии сероводорода. Изменение валентного состояния с образованием комплексных соединений является причиной переноса урана в различной геохимической обстановке.
По А. П. Виноградову, среднее Содержание урана в земной коре 2,5 ∙ 104- %. В гранитах и их эффузивных и экструзивных аналогах содержится в Среднем 3,6 ∙ 10-4 % урана. Содержание урана обычно увеличивается от ранних к поздним членам магматических серий, представленных кислыми, субщёлочными и щелочными породами, формирующимися в поздний тектоно-магматический этап развития рудоносных территорий.
Исследования И. Е. Сморчкова и О. П. Елисеевой показали, что в гранитоидах примерно 50% урана связано с акцессорными минералами, от 3 до 15% входит в состав породообразующих минералов и около 35% находится в субмикровключениях и межзерновых швах. Уран широко распространен в осадочных породах. Повышенное его содержание наблюдается в темных глинистых сланцах, битуминозных образованиях, фосфоритах и других породах с повышенным содержанием органики. Повышенные концентрации урана и тория характерны для многих терригенных образований, особенно для древних базальных конгломератов и песчаников.
Общее число минералов урана превышает 150. Однако основное промышленное значение имеют следующие: настуран kUO2 ∙ lUO3 ∙ mPbO (k=0,44—5; l=1, между UO2 и UO3 имеет место непрерывный переход); уранинит kUO2 ∙ lUO3 ∙ mPbO; урановые черни k(U, Th)O2 ∙ lUO3 ∙ mPbO (k = 0,08—0,44 при l=1, или по В. Г. Мелкову, UO2,7-2,92); торианит k(Th, U)O2 ∙ mPbO (ThO2 до 93%, UO2 до 14%); пирохлор (Ca, Na, U, Th)2-m, (Nb, Ta, Ti)2 ∙ O6(O, F)1-n ∙ nH2O; ураноторит (Th, U, Fe, Ca, Pb) ∙ (SiO)1-x ∙ (OH)4x ∙ (UO2 7,7—10%, UO3 9,5%; ThO2 46—52%); коффинит U[(SiO4)1-x ∙ (OH)4x]; уранофан Ca (U3O)2[(UO2] (UO2) ∙ SiO4]2 ∙ 3H2O; казолит Pb[(UO2) SiO4] ∙ nH2O; отенит Ca(UO2)2(PO4)2 ∙ 8H2O (UO3 — 62,7%); торбернит Cu(UO2)2(PO4)2 ∙ n2H2O(UO3 57,50%); ураноспинит Ca[UO2]2 ∙ [A3O4]2 ∙ 8H2O; цейнерит Cu[UO2]2[A3O4]2 ∙ 2H2O; тюямунит (Ca[UO2]2[VO4]2 ∙ 8H2O(UO3 59,9%; U2O5 19,06); карнотит K2[UO2]2[VO4]2 ∙ 3H2O (UO3 — 63,41 %; V2O5 — 20,16%).