Les utilisations des pyroxènes sont nombreuses. La jadéite est la forme la plus précieuse du jade, une pierre ornementale d'une importance culturelle immense, notamment en Asie et en Mésoamérique. Le spodumène, et plus précisément sa variété gemme rose, la kunzite, et sa variété verte, l'hidénite, sont très prisés en joaillerie, mais le minerai représente surtout la première source mondiale de lithium pour l'industrie des batteries et des céramiques. Des roches composées majoritairement de pyroxènes, comme les pyroxénites, sont parfois exploitées comme pierres de construction ou comme matériaux de ballast pour les voies ferrées, en raison de leur grande ténacité et dureté.

La diversité chimique des pyroxènes est immense et conventionnellement représentée dans le quadrilatère pyroxénique, un diagramme dont les quatre pôles sont l'enstatite (MgSiO3), la ferrosilite (FeSiO3), le diopside (CaMgSi2O6) et l'hédenbergite (CaFeSi2O6). Ce quadrilatère permet de visualiser la solution solide complète entre enstatite et ferrosilite, formant la série des orthopyroxènes, et les solutions solides entre diopside et hédenbergite, d'une part, et entre enstatite et diopside, d'autre part, bien que cette dernière présente une lacune de miscibilité importante à basse température. Cette lacune est le coeur du phénomène d'exsolution, qui donne naissance aux textures d'entrelacs lamellaires si typiques des pyroxènes magmatiques. 

Les membres principaux comprennent l'enstatite (pôle magnésien orthorhombique), la ferrosilite (pôle ferrifère orthorhombique), le diopside (clinopyroxène calcique et magnésien, typiquement vert pâle), l'hédenbergite (clinopyroxène calcique et ferrifère, vert foncé à noir), et l'augite, qui est sans conteste le clinopyroxène le plus commun. L'augite est une solution solide complexe contenant des quantités significatives de calcium, magnésium, fer et aluminium, et cristallise dans des conditions de saturation en silice. En dehors du quadrilatère existent des pyroxènes sodiques, ou jadéites, et des pyroxènes lithiques, le plus connu étant le spodumène, source majeure de lithium.

Les propriétés physiques découlent directement de la structure en chaînes. Le trait le plus diagnostique est le système de clivage prismatique. Les pyroxènes présentent deux plans de clivage parallèles aux faces du prisme, formant entre eux un angle d'environ 87° et 93°. Vus en section transversale, ces clivages se croisent donc presque à angle droit, une caractéristique qui permet une distinction immédiate avec les amphiboles, chez qui l'angle est d'environ 56° et 124°. Ce clivage à près de 90 degrés est le critère de diagnose macroscopique le plus fiable et le plus utilisé par les étudiants et les géologues sur le terrain. La dureté est relativement élevée, se situant entre 5,5 et 6,5 sur l'échelle de Mohs. La densité varie avec la teneur en fer, allant d'environ 3,2 pour les termes magnésiens à plus de 3,6 pour les termes riches en fer. L'éclat est typiquement vitreux à résineux, et la couleur est fortement dépendante de la composition : le diopside est souvent vert clair et transparent, l'hédenbergite vert bouteille à noir, l'enstatite brune ou incolore, l'augite d'un noir verdâtre opaque, et la jadéite, le minéral constitutif du jade, se décline en vert, blanc ou lavande.

L'optique cristalline est un outil puissant pour l'identification précise des pyroxènes en lame mince. La plupart des clinopyroxènes présentent une forte biréfringence avec des teintes de polarisation vives, et une extinction oblique caractéristique, l'angle d'extinction entre la direction d'allongement du minéral et l'un de ses clivages variant avec la composition. Les orthopyroxènes, en revanche, montrent une biréfringence beaucoup plus faible, des teintes grises ou jaunes de premier ordre, et une extinction droite par rapport au clivage, ce qui permet de les distinguer immédiatement des clinopyroxènes. Le pléochroïsme est faible ou absent dans la majorité des cas, sauf pour certaines variétés très riches en fer ou en titane.

La genèse et les gisements des pyroxènes couvrent un spectre pétrologique très étendu. Les orthopyroxènes comme l'enstatite sont des phases essentielles des roches magmatiques basiques et ultrabasiques pauvres en calcium, telles que les péridotites, les norites et les basaltes tholéiitiques, et sont des constituants majeurs du manteau supérieur. L'augite est un minéral cardinal de pratiquement tous les basaltes et gabbros, cristallisant à des températures élevées et sur une large gamme de pressions. Le diopside est un indicateur de milieux calciques, il se forme lors du métamorphisme de contact des calcaires dolomitiques impurs, produisant des roches appelées skarns, et on le trouve également dans les basaltes alcalins aux côtés de l'olivine. L'hédenbergite est typique des skarns riches en fer. La jadéite est un pyroxène sodique d'une importance pétrologique absolument unique, car elle est le minéral index des conditions de très haute pression et de relativement basse température qui règnent dans les zones de subduction. Sa présence définit le faciès métamorphique des schistes à jadéite-glaucophane. Le spodumène, quant à lui, se rencontre exclusivement dans les pegmatites granitiques enrichies en éléments rares, où il peut former des cristaux géants.

L'altération des pyroxènes est un processus clé dans le cycle géochimique superficiel. Ils s'altèrent relativement facilement en présence d'eau et d'agents atmosphériques par hydrolyse. La transformation classique donne naissance à des minéraux du groupe des amphiboles, comme l'ouralite qui est une amphibole fibreuse remplaçant le clinopyroxène, un processus nommé ouralitisation. Une altération plus poussée produit des minéraux argileux, des chlorites, de la serpentine, ou des oxydes de fer comme l'iddingsite. Leur instabilité en surface est un facteur important contribuant à la consommation du dioxyde de carbone atmosphérique lors de la météorisation des roches basaltiques.