Lesk kovů vzácných zemin leží mezi stříbrem a železem. Obsah nečistot má významný vliv na jejich vlastnosti, takže často existují významné rozdíly ve fyzikálních vlastnostech uváděných v literatuře. Lanthan je supravodič při 6K. Většina kovů vzácných zemin vykazuje paramagnetismus a gadolinium má silnější feromagnetismus než železo při 0 stupni. Terbium, dysprosium, holmium, erbium atd. také vykazují feromagnetismus při nízkých teplotách. Nízké teploty tání lanthanu a ceru, stejně jako vysoké tlaky par samaria, europia a ytterbia, vykazují významné rozdíly ve fyzikálních vlastnostech kovů vzácných zemin. Absorpční průřezy tepelných neutronů u samaria, europia a gadolinia jsou větší než u kadmia a boru, které jsou široce používány jako kontrolní materiály v jaderných reaktorech. Kovy vzácných zemin mají plasticitu, přičemž nejlepší jsou samarium a ytterbium. Kromě yttria mají vzácné zeminy skupiny yttria vyšší tvrdost než vzácné zeminy skupiny ceru.
Kovy vzácných zemin mají silnou chemickou aktivitu. Při interakci s kyslíkem vytváří vysoce stabilní oxidy typu R2O3 (R představuje kovy vzácných zemin). Cer, praseodym a terbium také vytvářejí oxidy typu CeO2, Pr6O11, PrO2, Tb4O7 a TbO2. Jejich standardní skupenské teplo a záporná standardní volná entalpie jsou větší než hodnoty oxidů vápníku, hliníku a hořčíku. Bod tání oxidů kovů vzácných zemin je nad 2000 stupňů. Europium má největší atomový poloměr a nejaktivnější vlastnosti. Při vystavení vzduchu při pokojové teplotě okamžitě ztrácí kovový lesk a rychle oxiduje na prášek. Lanthan, cer, praseodym a neodym jsou také náchylné k oxidaci a vytvářejí na povrchu oxidové filmy. Kovové yttrium, gadolinium a lutecium mají silnou odolnost proti korozi a mohou si po dlouhou dobu zachovat svůj kovový lesk. Kovy vzácných zemin mohou reagovat s vodou různou rychlostí. Europium prudce reaguje se studenou vodou a uvolňuje vodík. Kovy vzácných zemin ze skupiny ceru reagují pomalu s vodou při pokojové teplotě a reakce se zrychluje se zvyšující se teplotou. Kovy vzácných zemin skupiny yttria jsou relativně stabilní. Kovy vzácných zemin reagují s halogeny za vysokých teplot za vzniku+2,+3 a+4 halogenidů valence. Bezvodé halogenidy mají silnou absorpci vody a snadno se hydrolyzují za vzniku halogenidů typu ROX (X představuje halogen). Kovy vzácných zemin mohou také reagovat s borem, uhlíkem, sírou, fosforem, vodíkem a dusíkem za vzniku odpovídajících sloučenin. Slitiny kovů vzácných zemin, jako je slitina lanthanu a niklu (LaNi5), mají schopnost absorbovat velké množství vodíku a jsou vynikajícími materiály pro skladování vodíku.