El cerio se oxida en el aire, formando una capa de óxido que se desprende como la herrumbre del hierro; una muestra de cerio del tamaño de un centímetro se corroe completamente en aproximadamente un año. Arde fácilmente a 150 °C para formar el óxido de cerio(IV) de color amarillo pálido, también conocido como ceria: Ce + O2 → CeO2. Esto puede reducirse a óxido de cerio(III) con gas hidrógeno. El metal de cerio es altamente pirofórico, lo que significa que cuando se muele o raspa, las virutas resultantes se incendian. Esta reactividad se ajusta a las tendencias periódicas, ya que el cerio es uno de los primeros y, por lo tanto, uno de los más grandes (por radio atómico) lantánidos. El óxido de cerio(IV) tiene la estructura de fluorita, similar a los dioxidos de praseodimio y terbio. También se conocen muchos calcogenuros no estequiométricos, junto con el Ce2Z3 trivalente (Z = S, Se, Te). Los monocalcogenuros CeZ conducen electricidad y se formulan mejor como CeZe. Mientras que los CeZ2 son conocidos, son policalcogenuros con cerio(III): los calcogenuros cerio(IV) siguen siendo desconocidos. El cerio es un metal altamente electropositivo y reacciona con el agua. La reacción es lenta con agua fría pero se acelera con el aumento de temperatura, produciendo hidróxido de cerio(III) y gas hidrógeno: 2 Ce (s) + 6 H2O (l) → 2 Ce(OH)3 (aq) + 3 H2 (g). El metal de cerio reacciona con todos los halógenos para dar trihaluros: 2 Ce (s) + 3 F2 (g) → 2 CeF3 (s) [blanco] 2 Ce (s) + 3 Cl2 (g) → 2 CeCl3 (s) [blanco] 2 Ce (s) + 3 Br2 (g) → 2 CeBr3 (s) [blanco] 2 Ce (s) + 3 I2 (g) → 2 CeI3 (s) [amarillo]. La reacción con exceso de flúor produce el tetrafluoruro estable blanco CeF4; no se conocen los otros tetrahaluros. De los dihaluros, solo se conoce el diioduro de bronce CeI2; al igual que los diioduros de lantano, praseodimio y gadolinio, este es un compuesto electride de cerio(III). Los compuestos verdaderos de cerio(II) están restringidos a unos pocos complejos organocerio inusuales. El cerio se disuelve fácilmente en ácido sulfúrico diluido para formar soluciones que contienen los iones Ce incoloros, que existen como complejos [Ce(H2O)9]: 2 Ce (s) + 3 H2SO4 (aq) → 2 Ce (aq) + 3 SO4 (aq) + 3 H2 (g). La solubilidad del cerio es mucho mayor en ácido metansulfónico. El cerio(III) y el terbio(III) tienen bandas de absorción ultravioleta de intensidad relativamente alta en comparación con los otros lantánidos, ya que sus configuraciones (un electrón más que una subcapa f vacía o medio llena respectivamente) facilitan que el electrón f adicional realice transiciones f→d en lugar de las transiciones prohibidas f→f de los otros lantánidos. El sulfato de cerio(III) es una de las pocas sales cuya solubilidad en agua disminuye con el aumento de temperatura. Las soluciones acuosas de cerio(IV) pueden prepararse reaccionando soluciones de cerio(III) con agentes oxidantes fuertes como el peroxodisulfato o el bismutato. El valor de E(Ce/Ce) varía ampliamente dependiendo de las condiciones debido a la relativa facilidad de complejación e hidrólisis con varios aniones, aunque +1.72 V es un valor generalmente representativo; el de E(Ce/Ce) es −2.34 V. El cerio es el único lantánido que tiene química acuosa y de coordinación importante en el estado de oxidación +4. Debido a la transferencia de carga del ligando al metal, los iones acuosos de cerio(IV) son naranja-amarillo. El cerio(IV) acuoso es metaestable en agua y es un fuerte agente oxidante que oxida el ácido clorhídrico para dar gas cloro. Por ejemplo, el nitrato de amonio cérico es un agente oxidante común en la química orgánica, liberando ligandos orgánicos de carbonilos metálicos. En la reacción de Belousov-Zhabotinsky, el cerio oscila entre los estados de oxidación +4 y +3 para catalizar la reacción. Las sales de cerio(IV), especialmente el sulfato de cerio(IV), se utilizan a menudo como reactivos estándar para análisis volumétricos en titraciones cerimétricas. El complejo de nitrato [Ce(NO3)6] es el complejo de cerio más común encontrado cuando se usa cerio(IV) como agente oxidante: este y su análogo cerio(III) [Ce(NO3)6] tienen geometría molecular icosaédrica de 12 coordenadas, mientras que [Ce(NO3)6] tiene geometría molecular dodecadedral bicapeada de 10 coordenadas. Los nitratos de cerio también forman complejos 4:3 y 1:1 con 18-corona-6 (la proporción se refiere a la que existe entre el cerio y el éter corona). También se conocen iones complejos que contienen halógenos como CeF8, CeF6, y el CeCl6 de color naranja. La química organocerio es similar a la de los otros lantánidos, siendo principalmente la de los compuestos ciclopentadienilo y ciclocotatatetraenilo. El compuesto ceroceno (Ce(C8H8)2) con cerio(III) tiene la estructura molecular de uranoceno. Los derivados organocerio alquil, alquenilo y alquinilo se preparan a partir de la transmetalación de los respectivos reactivos de organolitio o de Grignard, y son más nucleofílicos pero menos básicos que sus predecesores.
