El brillo de los metales de tierras raras se encuentra entre la plata y el hierro. El contenido de impurezas tiene un impacto significativo en sus propiedades, por lo que a menudo existen diferencias significativas en las propiedades físicas reportadas en la literatura. El lantano es un superconductor a 6K. La mayoría de los metales de tierras raras exhiben paramagnetismo y el gadolinio tiene un ferromagnetismo más fuerte que el hierro en el grado 0. Terbio, disprosio, holmio, erbio, etc. también presentan ferromagnetismo a bajas temperaturas. Los bajos puntos de fusión del lantano y el cerio, así como las altas presiones de vapor del samario, europio e iterbio, presentan diferencias significativas en las propiedades físicas de los metales de tierras raras. Las secciones transversales de absorción de neutrones térmicos del samario, europio y gadolinio son mayores que las del cadmio y el boro, que se utilizan ampliamente como materiales de control en reactores nucleares. Los metales de tierras raras tienen plasticidad, siendo el samario y el iterbio los mejores. A excepción del itrio, las tierras raras del grupo del itrio tienen mayor dureza que las tierras raras del grupo del cerio.
Los metales de tierras raras tienen una fuerte actividad química. Al interactuar con el oxígeno genera óxidos tipo R2O3 altamente estables (R representa metales de tierras raras). El cerio, el praseodimio y el terbio también generan óxidos tipo CeO2, Pr6O11, PrO2, Tb4O7 y TbO2. Su calor estándar de formación y su entalpía libre estándar negativa son mayores que los valores de los óxidos de calcio, aluminio y magnesio. El punto de fusión de los óxidos de metales de tierras raras es superior a 2000 grados. El europio tiene el radio atómico más grande y las propiedades más activas. Cuando se expone al aire a temperatura ambiente, pierde inmediatamente su brillo metálico y rápidamente se oxida hasta convertirse en polvo. El lantano, el cerio, el praseodimio y el neodimio también son propensos a la oxidación y forman películas de óxido en la superficie. El itrio, el gadolinio y el lutecio metálicos tienen una fuerte resistencia a la corrosión y pueden mantener su brillo metálico durante mucho tiempo. Los metales de tierras raras pueden reaccionar con el agua a diferentes velocidades. El europio reacciona violentamente con el agua fría para liberar hidrógeno. Los metales de las tierras raras del grupo del cerio reaccionan lentamente con el agua a temperatura ambiente y la reacción se acelera a medida que aumenta la temperatura. Los metales de tierras raras del grupo del itrio son relativamente estables. Los metales de tierras raras reaccionan con halógenos a altas temperaturas para formar haluros de valencia+2,+3 y+4. Los haluros anhidros tienen una fuerte absorción de agua y se hidrolizan fácilmente para formar haluros de tipo ROX (X representa halógeno). Los metales de tierras raras también pueden reaccionar con boro, carbono, azufre, fósforo, hidrógeno y nitrógeno para formar los compuestos correspondientes. Las aleaciones de metales de tierras raras, como la aleación de lantano y níquel (LaNi5), tienen la capacidad de absorber una gran cantidad de hidrógeno y son excelentes materiales para almacenar hidrógeno.