Comme tous les composés du plutonium, le dioxyde de plutonium est tracé dans le cadre du traité sur la non-prolifération des armes nucléaires. Le PuO2 est chaud au toucher en raison de son intense radioactivité α, comme le sont d'ailleurs tous les autres composés du plutonium. Ce dernier n'est pas seulement radiotoxique, mais également toxique d'un point de vue chimique, particulièrement par inhalation.