พลูโทเนียม (อังกฤษ: Plutonium) คือธาตุเคมีที่มีหมายเลขอะตอม 94 และสัญลักษณ์คือ Pu เป็นธาตุโลหะกัมมันตรังสี เป็นธาตุที่ไม่เสถียรอย่างยิ่ง ไอโซโทปของพลูโทเนียมคือ 239Pu มีครึ่งชีวิตเท่ากับ 24,110 ปี ในธรรมชาติพลูโทเนียมพบเล็กน้อยในแร่ยูเรเนียม เป็นธาตุที่ใช้ผลิตอาวุธนิวเคลียร์ พลูโทเนียมส่วนใหญ่ได้จากการสังเคราะห์โดยกระบวนการจับนิวตรอนของธาตุยูเรเนียม 238U แล้วเกิดเป็น 239U เมื่อมันปล่อยรังสีเบต้าจะได้ธาตุพลูโทเนียมออกมาคือ 239Pu