Pluton jest jednym z głównych elementów historycznie wykorzystywanych w rozwoju broni jądrowej. Jest to kluczowy materiał rozszczepialny w większości współczesnych broni jądrowych, z 1 kilogramem określonego izotopu plutonu P-239 równoważnego po detonacji do 10 000 ton konwencjonalnego materiału wybuchowego.
Pluton był używany w broni jądrowej od samego początku ich rozwoju w Stanach Zjednoczonych i na całym świecie. Było to krytyczne dla testów przeprowadzonych przez Roberta Oppenheimera i jego zespół w Las Alamos podczas II wojny światowej. Dodatkowo pluton znalazł zastosowanie w rozwoju broni radiologicznej, a także w rozwoju broni jądrowej "szybko-hodowlanej", która wykorzystuje mieszany tlenek paliwa zawierający zarówno pluton jak i uran.
Izotopy plutonu 238 to emiter alfa o okresie półtrwania wynoszącym w przybliżeniu 87 lat. Ta zwiększona siła działania sprawia, że ten szczególny izotop jest bardzo cenny w dostarczaniu energii urządzeniom, które wymagają długich okresów bez konserwacji lub interwencji człowieka, lub urządzeń, które mają zadania lub zastosowania znacznie dłuższe niż normalna długość życia człowieka. W związku z tym pluton był używany w połączeniu z aplikacjami lotniczymi, takimi jak bezzałogowe sondy Galileo i Cassini. Pluton był również używany do zasilania urządzeń sejsmicznych i innych narzędzi przenoszonych przez Apollo 14 w 1971 roku. Był to główny zasilacz dla dwóch jednostek Voyager 1977.
Dodatkowe historyczne eksperymenty z plutonem zbadały jego zastosowanie w zasilaniu sztucznych stymulatorów serca i dostarczaniu dodatkowego ciepła dla nurków. W środowisku fizycznym i chemicznym pluton okazał się skutecznym środkiem do tworzenia neutronów po zmieszaniu z berylem.
