גדוליניום הואמתכת לבנה כסופה, רקיעה, ניתנת לחישול ובעלת ברק מתכתי. בשיווי משקל בטמפרטורת החדר המבנה הגבישי של גדוליניום הוא הקסגונלי, ובטמפרטורות גבוהות (מעל 1235 מעלותצלזיוס), המבנה הגבישי היציב שלו הוא קובי ממורכז גוף (BCC), בפאזה המסומנת β.
גדוליניום יציב יותר מלנתנידים אחרים באוויר יבש, אך הואמתחמצן במהירות באוויר לח ויוצר את התחמוצת Gd2O3.
גדוליניום הופך למוליך על מתחת לטמפרטורה של 1.083 מעלותקלווין (272.067- מעלותצלזיוס). לגדוליניום תכונותמגנטיות בטמפרטורת החדר: מתחת לטמפ' של 20 מעלות צלזיוס גדוליניום הואפרומגנטי, ומעל טמפ' זו הואפאראמגנטי. בגדוליניום מתרחש האפקט המגנטו-קלורי - צימוד בין שינויים במצב המגנטי לשינוי בטמפ'. כלומר, כאשר השדה המגנטי הפועל על החומר משתנה גם הטמפ' שלו משתנה.
לאיזוטופ גדוליניום-157 יש אתשטח החתך לפעולה הגדול ביותר לפיזורנייטרונים, מבין כל האיזוטופים היציבים. הוא שני רק לאיזוטופקסנון-135, אולם איזוטופ זה איננו יציב.
גדוליניום התגלה בשנת1880 בזמן אנליזה ספקטרוסקופית בדידמיום (תערובת מתכות) שערך הכימאי השווייצריז'אן שארל גאליסר (Jean Charles Galissard). בשנת1886תחמוצת גדוליניום (Gd2O5) בודדה על ידי הכימאי הצרפתי פול לקוק (Paul Émile Lecoq).
רק בשנים האחרונות גדוליניום טהור בודד. גדוליניום נקרא על שמו של הכימאי והגאולוג הפינייוהאן גדולין (Johan Gadolin).
