Wegen seiner Seltenheit hohen Radioaktivität und Giftigkeit findet Protactinium außer in Forschung keine praktische Anwendung.
In Protactinium-231 das beim Zerfall von entsteht und sich in Kernreaktoren auch durch die Reaktion 232 Th(n 2n) 231 Th und anschließenden Betazerfall bildet kann möglicherweise eine Kettenreaktion zu Stande kommen die prinzipiell auch Bau von Atomwaffen genutzt werden könnte. Die kritische Masse beträgt nach Angabe von Walter Seifritz kg. Andere Autoren kommen zum Schluss dass Kettenreaktion selbst bei beliebig großer Masse in nicht möglich ist.
1961 wurden in Großbritannien 125 g Protactinium aus 60 t Kernbrennstäbe extrahiert.