El compuesto es notable por sus muchos usos, a pesar de la rareza del osmio.

Esta no-polaridad ayuda al OsO4 a penetrar las membranas celulares cargadas.

Con una configuración electrónica d0, se espera que el Os(VIII) forme complejos tetraédricos cuando está enlazado a cuatro ligandos.

Si se asume que dos electrones son donados por cada uno de los cuatro ligandos óxido, la cuenta total de electrones para el complejo es 16, tal como también se observa para las especies isoelectrónicas permanganato y cromato.

El OsO4 es formado lentamente cuando el polvo de osmio reacciona con O2 a temperatura ambiente.

Esta "aceleración por ligando" surge por medio de la formación del aducto OsO4L, que se adiciona más rápidamente al alqueno.

[13]​ El OsO4 es usado en cantidades catalíticas debido a su toxicidad y alto costo.

Así, con el NH3 se obtiene el óxido nitrado: El anión [Os(N)O3]- es isoelectrónico e isoestructural con OsO4.

Usando la amina primaria ter-BuNH2 se obtiene el correspondiente derivado imido: El OsO4 es muy soluble en terbutanol y es fácilmente reducido en solución por hidrógeno molecular al osmio metálico.

Adicionalmente, el tetróxido de osmio es usado también para fijar muestras biológicas en conjunción con HgCl2.

Sus rápidas habilidades mortales son usadas para matar rápidamente especímenes como protozoarios.

Cuando es tratado con OsO4, la matriz de butadieno reacciona preferentemente y así absorbe el óxido.

[21]​ El OsO4 Es altamente venenoso, incluso a bajos niveles de exposición, y debe ser manejado con las precauciones apropiadas.

El OsO4 puede teñir la córnea humana, y puede llevar a la ceguera si no se observan las adecuadas precauciones de seguridad.

[5]​ El tetróxido de osmio puede penetrar plásticos y por tanto es almacenado en vidrio en un lugar frío.