在化學中，過渡金屬具有三個可能的定義：

• IUPAC定義的過渡金屬定義為“一個元件，其原子具有部分地填充?d子殼，或可以產生的陽離子與一個不完整的d子殼”。
• 許多科學家將“過渡金屬”描述為元素周期表d族中的任何元素，其在元素周期表中包括3至12組。在實際應用中，f嵌段鑭系元素和act系元素也被視為過渡金屬，被稱為“內部過渡金屬”。
• Cotton和Wilkinson通過指定包含哪些元素來擴展IUPAC的簡要定義。除了第4至11組的元素外，它們還在第3組中添加scan和釔，它們在金屬狀態下具有部分填充的d子殼。但是，第3組中的鑭和act分別分類為鑭系和act系。

過渡元素共有許多其他元素未找到的屬性，這是由部分填充的d?shell導致的。這些包括

• 顏色由d?-?d電子躍遷引起的化合物的形成
• 由于不同的可能氧化態之間的能隙相對較低，因此在許多氧化態下化合物的形成
• 由于存在不成對的d電子，許多順磁性化合物的形成。一些主族元素的化合物也是順磁性的（例如一氧化氮、氧氣）

大多數過渡金屬可以與各種配體結合，從而可以實現多種過渡金屬配合物。

過渡金屬化合物具有一個或多個不成對的d電子時，它們是順磁性的。在具有4至7個d電子的八面體絡合物中，高自旋態和低自旋態都是可能的。四面體過渡金屬絡合物，例如[FeCl₄]^2?是高自旋因為晶體場分裂是小，使得能量借助于電子在低能量軌道被來獲得總是小于配對向上自旋所需的能量。一些化合物是抗磁性的。這些包括八面體，低自旋，d?⁶和方平面d?⁸絡合物。在這些情況下，晶體場分裂使得所有電子都配對。

當單個原子為順磁性且自旋矢量在晶體材料中彼此平行排列時，就會發生鐵磁性。金屬鐵和鋁鎳合金是涉及過渡金屬的鐵磁材料的例子。反鐵磁性是固態中單個自旋的特定排列所產生的磁性的另一個示例。

過渡金屬及其化合物以其均相和非均相催化活性而聞名。該活性歸因于它們采取多種氧化態并形成絡合物的能力。氧化釩（接觸法）、鐵粉（哈伯法）和鎳（催化加氫）是其中的一些例子。固體表面上的催化劑（基于納米材料的催化劑）涉及反應物分子與催化劑表面原子之間的鍵形成（xxx行過渡金屬利用3d和4s電子進行鍵合）。這具有增加催化劑表面上反應物的濃度以及減弱反應分子中的鍵的作用（降低活化能）的作用。同樣因為過渡金屬離子可以改變其氧化態，它們作為催化劑變得更加有效。

當反應的產物催化反應產生更多的催化劑時，會發生一種有趣的催化類型（自催化）。一個例子是草酸與酸化的高錳酸鉀（或錳酸鹽（VII））反應。一旦有點的Mn?²⁺已經產生，它可以與反應的MnO?_4?^-形成的Mn?³⁺。然后，這發生反應以C?₂???_4?^-離子形成的Mn?²⁺一次。

顧名思義，所有過渡金屬都是金屬，因此是電導體。

通常，過渡金屬具有高密度以及高熔點和沸點。這些性質歸因于通過離域d電子的金屬鍵合，導致內聚力隨著共享電子數的增加而增加。但是，第12組金屬的熔點和沸點要低得多，因為它們的全d子殼會阻止d-d鍵，這又傾向于將它們與公認的過渡金屬區分開。汞的熔點為-38.83°C（-37.89°F），在室溫下為液體。