Gadolīnijs ķīmisko elementu periodiskajā tabulā tiek apzīmēts ar simbolu Gd un atrodas 6. perioda f-blokā. Gadolīnija relatīvā atommasa ir 157,25, un tā atoms sastāv no 64 protoniem un 64 elektroniem (elektronu konfigurācija [Xe]4f⁷5d¹6s²). Gadolīnijs pieder pie lantanīdu jeb retzemju elementu grupas. Tas ir mīksts, spīdīgs, sudrabaini pelēks metāls, līdzīgs dzelzij vai niķelim. Gadolīnijs ļoti lēni oksidējas mitrā gaisā, veidojot oksīdu, kas nolobās no metāla virsmas. Gadolīnijam ir arī visaugstākā neitronu absorbēšanas spēja starp visiem elementiem. 

Gadolīniju 1880. gadā Ženēvā atklāja ķīmiķis Žans Šarls Galisārs de Mariņaks (Jean Charles Galissard de Marignac). Viņš jau sen aizdomājās, ka didīms, ko iepriekš aprakstīja zviedru ķīmiķis Karls Gustavs Mūsanders (Carl Gustaf Mosander), nav jauns elements, bet gan vairāku elementu maisījums. Šīs aizdomas apstiprinājās, kad ķīmiķi Marks Delafontēns (Marc Delafontaine) un Pols Emīls Lekoks de Buābodrāns (Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran) Parīzē paziņoja, ka tā spektra līnijas atšķiras atkarībā no avota, no kura tas iegūts. Patiesībā 1879. gadā viņi jau bija atdalījuši samāriju no kāda didīma avota, kas tika iegūts no minerāla samarskīta. To atrada Urālu kalnos. Ž. Š. G. de Mariņaks 1880. gadā Ženēvā izpētīja minerālu samarskītu un, kā viņš domāja, atklāja divus jaunus metālus. Spektrālā analīze parādīja, ka viens no tiem bija samārijs, bet otrs bija kas cits. Zinātnieks tam piešķīra pagaidu nosaukumu. 1886. gadā šo jauno elementu ieguva arī P. E. L. de Buābodrāns, un tieši viņš ieteica nosaukumu gadolīnijs – atsaucoties uz minerālu gadolinītu, no kura tika iegūts viņa paraugs. Pats minerāls tika nosaukts par godu somu ķīmiķim Johanam Gadolinam (Johan Gadolin). 

Gadolīnijs ir dabā reti sastopams retzemju elements, kas brīvā veidā nav atrodams, bet tikai savienojumos kopā ar citiem retzemju elementiem. Tāpat kā citi lantanīdi, arī gadolīnijs galvenokārt sastopams minerālos: monacītā un bastnazītā. Komerciāli to var iegūt no šiem minerāliem, izmantojot jonu apmaiņu un šķīdinātāju ekstrakciju. To pagatavo arī, reducējot bezūdens gadolīnija fluorīdu ar kalcija metālu. Gadolīniju galvenokārt iegūst no bastnazīta. Pēc ķīmisko elementu izplatības gadolīnijs ieņem 41. vietu starp visiem ķīmiskajiem elementiem Zemes garozā (apmēram sešas daļas uz miljonu). 

Dabā sastopamais gadolīnijs sastāv no septiņiem stabiliem izotopiem: gadolīnijs-152 (0,2 %), gadolīnijs-154 (2,2 %), gadolīnijs-155 (14,8 %), gadolīnijs-156 (20,5 %), gadolīnijs-157 (15,7 %), gadolīnijs-158 (24,8 %) un gadolīnijs-160 (21,9 %). Gadolīnijs-152 ir radioizotops, bet, tā kā tā pussabrukšanas periods ir 1,08×10¹⁴ gadi, tas ir pieskaitāms pie stabiliem izotopiem. Kopumā ir raksturoti vairāk nekā 30 gadolīnija radioizotopi, no kuriem visstabilākie ir gadolīnijs-150 ar pussabrukšanas periodu 1,79×10⁶ gadi un gadolīnijs-148 ar pussabrukšanas periodu 86,9 gadi. Visiem pārējiem radioaktīvajiem izotopiem pussabrukšanas periodi ir īsāki par vienu gadu, un lielākajai daļai tie ir īsāki par dažām minūtēm.

Gadolīnijs ir mīksts, sudrabains metāls. Gadolīnijam ir spīdīgs un metālisks mirdzums ar viegli dzeltenīgu nokrāsu. Tam piemīt spēcīgas feromagnētiskās īpašības zem Kirī punkta (~20 °C/68 °F). Virs šī punkta gadolīnijs kļūst par paramagnētisku. Tam ir arī visaugstākā neitronu absorbēšanas spēja no visiem elementiem. Gadolīnija viršanas temperatūra ir 3273 ºC, tā kušanas temperatūra ir 1313 ºC. Gadolīnija blīvums ir 7,90 g/cm³ (dati no “CRC Ķīmijas un fizikas rokasgrāmatas, 86. izdevuma” (CRC Handbook of Chemistry and Physics. 86th Edition) Deivida Lida (David R. Lide) redakcijā). Gadolīnija atoma kovalentais rādiuss ir 182 pm, savukārt tā elektronegativitātes vērtība ir 1,20. 

Gadolīnija metāls nav īpaši reaģētspējīgs. Tas reaģē ar skābekli augstā temperatūrā. Gadolīnijs lēni oksidējas gaisā mitruma ietekmē, veidojot oksīdu (Gd₂O₃), kas nolobās no tā virsmas. Tas lēni reaģē ar aukstu ūdeni, veidojot gadolīnija hidroksīdu (Gd(OH)₃). Taču gadolīnijs vieglāk šķīst skābēs, piemēram, sērskābē (H₂SO₄) vai sālsskābē (HCl), veidojot gadolīnija sāļus. Gadolīnijs visbiežāk sastopams savienojumos ar oksidēšanās pakāpi +3. 

Gadolīniju pārsvarā izmanto sakausējumos ar citiem metāliem. Pat 1 % gadolīnija var uzlabot dzelzs un hroma sakausējumu apstrādājamību, kā arī to izturību pret augstām temperatūrām un oksidēšanos. Gadolīniju izmanto arī sakausējumos, no kuriem ražo magnētus, elektroniskās sastāvdaļas un datu glabāšanas diskus. Tā savienojumi ir noderīgi magnētiskās rezonanses attēlveidošanā (magnetic resonance imaging, MRI), īpaši vēža audzēju diagnostikā kā kontrastvielas. Gadolīnijs ir izcils neitronu absorbētājs, tāpēc to izmanto kodolreaktoru serdēs un kontroles stieņos atomenerģijas iekārtās. Gadolīnijs ir arī efektīvākais elements kodolenerģijas rūpnīcu starojuma noplūdes noteikšanā. Gadolīnija savienojumus izmanto arī kā fosforus televizoru lampās, kā arī sakausējumos un īpašos minerālos, ko sauc par itrija granātiem. Gadolīnija-itrija granāti tiek izmantoti mikroviļņu krāsnīs mikroviļņu radīšanai. Pateicoties unikālajām magnētiskajām īpašībām un pielietojumam sakausējumos, gadolīniju izmanto magnētiskajā dzesēšanā, kas būtiski samazina oglekļa dioksīda emisijas, palielinot energoefektivitāti.