Le vanadium est une vitamine industrielle classique ; il est rarement employé seul et est presque entièrement incorporé dans l'acier comme élément d'alliage, et il exerce pourtant un effet hors de proportion sur les propriétés de l'acier. L'acier est son plus grand débouché : ajouter quelques millièmes de vanadium à l'acier forme de fines particules de carbonitrure de vanadium qui affinent les grains et assurent un durcissement par précipitation, relevant grandement la résistance et la ténacité ; l'acier à béton haute résistance, l'acier pour tubes de ligne, l'acier pour rails, l'acier pour engrenages automobiles et l'acier à outils dépendent tous du vanadium, et une large part de la consommation mondiale de vanadium va aux barres d'armature et aux aciers de construction. Dans le stockage d'énergie, les batteries flow tout-vanadium ont été une vedette récente : les ions vanadium sont stockés dans deux immenses réservoirs d'électrolyte, et la charge et la décharge reposent sur le changement de valence du vanadium, offrant sécurité, longue vie et capacité linéairement extensible ; elles sont largement utilisées dans le stockage d'énergie longue durée à l'échelle du réseau et dans le soutien au délestage des parcs éoliens et solaires. Dans la chimie et la protection de l'environnement, le vanadium est le catalyseur clé de l'oxydation du dioxyde de soufre en acide sulfurique par le procédé contact, et sert aussi dans certaines synthèses organiques. Le vanadium est irremplaçable dans deux domaines en apparence sans lien – l'acier et les batteries – parce que ses valences variables produisent à la fois un durcissement par précipitation microscopique et permettent un stockage électrochimique réversible.
Le pentoxyde de vanadium (V2O5) est le composé de vanadium le plus important, un cristal jaune orangé qui est à la fois la matière première principale pour extraire le vanadium métallique et le ferrovanadium, et le catalyseur de l'oxydation de SO2 dans l'acide sulfurique par contact et la désulfuration du pétrole, ainsi qu'un colorant pour la céramique et le verre. Le dioxyde de vanadium (VO2) a un comportement de transition de phase abrupt unique : au chauffage il passe brusquement d'un état isolant à un état métallique, accompagné d'un changement brusque de la transmittance infrarouge ; il est utilisé dans les fenêtres intelligentes à économie d'énergie, les matériaux à régulation infrarouge thermorégulés et les interrupteurs thermiques. Le métavanadate d'ammonium (NH4VO3) est un intermédiaire de l'extraction hydrométallurgique du vanadium ; après précipitation depuis la solution, il se décompose thermiquement en pentoxyde de vanadium, et est aussi utilisé comme catalyseur, mordant et colorant céramique. Le ferrovanadium (FeV) est un alliage de vanadium et de fer qui est chargé directement dans les fours lors de l'élaboration de l'acier pour l'alliage ; c'est la principale forme sous laquelle le vanadium entre dans l'industrie sidérurgique et est classé par teneur en vanadium, et est largement utilisé dans l'acier de construction, l'acier à outils et l'acier pour rails. Au-delà des batteries flow tout-vanadium, le vanadium est aussi ajouté aux alliages mères vanadium-aluminium et à certaines alliages de titane, mais son usage combiné dans l'acier et le stockage d'énergie représente la grande majorité de sa consommation totale.
