Nioobium on mitmes mõttes väga sarnane tantaali ja tsirkooniumiga. See reageerib toatemperatuuril fluoriga, 200 kraadi juures kloori ja vesinikuga ning 400 kraadi juures lämmastikuga ning tooted on üldjuhul interstitsiaalsed mittehomogeensed ühendid. Nioobiummetall oksüdeerub õhus 200 kraadi juures ja on vastupidav sulaleelistele ja hapetele, sealhulgas vesi, vesinikkloriidhape, väävelhape, lämmastikhape ja fosforhape. Kuid vesinikfluoriidhape ning vesinikfluoriid- ja lämmastikhappe segu võivad nioobiumi rünnata.
Kuigi nioobium võib moodustada mitmesuguseid ühendeid oksüdatsiooniastmes +5 kuni –1, on see kõige sagedamini oksüdatsiooniastmes +5. Kõik nioobiumiühendid, mille oksüdatsiooniaste on alla +5, sisaldavad nioobium-nioobium sidemeid.
Oksiidid ja sulfiidid
Nioobiumoksiididel võivad olla järgmised oksüdatsiooniastmed: +5 (Nb2O5), +4 (NbO2) ja +3 (Nb2O3) ning harva ka +2 (NbO). Nioobiumpentooksiid on kõige levinum nioobiumoksiid ning nioobiummetalli ja kõigi nioobiumiühendite valmistamine peaks algama sellest. Niobaadi valmistamiseks võib nioobiumpentoksiidi lahustada leelishüdroksiidi lahuses või sulatada leelismetallioksiidis. Liitiumniobaadil (LiNbO3) on perovskiit-tüüpi metatrigonaalne kristallstruktuur, samas kui lantaanniobaat sisaldab eraldatud NbO3-ioone. Teiste tuntud ühendite hulka kuulub nioobiumsulfiid (NbS2), mis moodustab kihilise struktuuri.
Materjali pinnale saab lisada õhukese nioobiumpentoksiidi kihi keemilise aur-sadestamise või aatomkihtsadestamise teel ning mõlemad meetodid kasutavad põhimõtet, et nioobium (V) etanool laguneb temperatuuril üle 350 kraadi.
Halogeniid
Nioobium võib moodustada oksüdatsiooniastmetega {{0}} ja +4 halogeniide, aga ka mitmesuguseid substöhhiomeetrilisi ühendeid. Nioobiumpentaliid (NbX5) sisaldab oktaeedrilist nioobiumi keskaatomit. Nioobiumpentafluoriid (NbF5) on valge tahke aine sulamistemperatuuriga 79,0 kraadi, nioobiumpentakloriid (NbCl5) aga kollane sulamistemperatuuriga 203,4 kraadi. Mõlemat saab hüdrolüüsida, moodustades oksiide ja halogeniidoksiide, näiteks NbOCl3. Nioobiumpentakloriid on ka lenduv reagent, mida saab kasutada mitmesuguste metallorgaaniliste ühendite, sealhulgas diklorodiniobeeni ((C5H5)2NbCl2, sünteesil. Nioobiumtetrahalogeniidid (NbX4) on tumedad polümeerid, millel on nioobium-nioobium sidemed, nagu must, hügroskoopne nioobiumtetrafluoriid (NbF4) ja pruun nioobiumtetrakloriid (NbCl4).
Samuti on olemas nioobiumhalogeniidi aninatsioonid, kuna nioobiumi pentahaliidid on kõik Lewise happed. Üks olulisemaid on [NbF7], mis on vaheühend nioobiumi ja tantaali mineraalide eraldamisel. Seda muudetakse kergemini oksüpentafluoriidiks kui tantaali vastet. Muud halogeenitud kompleksid hõlmavad [NbCl6]:
Nb2Cl10+ 2Cl→ 2 [NbCl6]
Nioobium moodustab ka mitmesuguseid redutseeritud halogeniidide klastreid, näiteks [Nb6Cl18].
Nitriidid ja karbiidid
Nioobiumnitriid (NbN) muutub madalal temperatuuril ülijuhiks ja seda kasutatakse infrapunadetektorites. Peamine nioobiumkarbiid on NbC, mis on äärmiselt kõva ja tulekindel keraamiline materjal, mida saab kasutada lõikeriistade otsamaterjalina.