A causa dell'estrema tossicità del suo ossido, l'osmio è raramente usato puro; viene invece spesso legato ad altri metalli in applicazioni che richiedono un'elevata resistenza all'usura. Le leghe di osmio sono molto dure e, eventualmente addizionate di altri metalli del gruppo del platino, trovano impiego nella produzione di pennini per penne stilografiche, puntine di giradischi, perni e contatti elettrici.

Il tetrossido di osmio ha trovato impiego nel rilevamento delle impronte digitali e nella colorazione dei tessuti grassi per la preparazione di vetrini per microscopia. Una lega 90:10 platino:osmio è usata per produrre impianti chirurgici quali stimolatori cardiaci e valvole polmonari.

Il tetrossido di osmio e l'osmiato di potassio trovano uso come agenti ossidanti nella sintesi chimica.