يُستخدم ثاني أكسيد التيتانيوم في إنتاج ثاني أكسيد التيتانيوم، وإسفنج التيتانيوم، وسبائك التيتانيوم، والروتيل الصناعي، ورابع كلوريد التيتانيوم، وكبريتات التيتانيوم، وسداسي فلورو تيتانات البوتاسيوم، وكلوريد الألومنيوم أو كلوريد التيتانيوم. كما يُستخدم في صناعة الطلاء الأبيض عالي الجودة، والمطاط الأبيض، والألياف الصناعية، والطلاء، وأقطاب اللحام، وعامل اختزال الضوء في الرايون، بالإضافة إلى حشو البلاستيك والورق المتطور. كما يُستخدم في معدات الاتصالات، وعلم المعادن، والطباعة، والصباغة، والمينا، وغيرها من المجالات. يُعد الروتيل أيضًا المادة الخام المعدنية الرئيسية لاستخراج التيتانيوم. يتميز التيتانيوم وسبائكه بخصائص ممتازة، تشمل القوة العالية، والكثافة المنخفضة، ومقاومة التآكل الممتازة، ومقاومة درجات الحرارة العالية والمنخفضة، وعدم السمية؛ كما يتميز بخصائص خاصة مثل امتصاص الغازات والموصلية الفائقة، ولذلك يُستخدم على نطاق واسع في مختلف المجالات، بما في ذلك الطيران، والكيماويات، والصناعات الخفيفة، والملاحة، والطب، والدفاع، وتنمية الموارد البحرية، وغيرها. وبحسب التقارير، تم استخدام أكثر من 90% من معدن التيتانيوم في العالم في إنتاج الصبغة البيضاء من ثاني أكسيد التيتانيوم، وهذا المنتج له تطبيق واسع بشكل متزايد في الطلاء والمطاط والبلاستيك والورق وبعض الصناعات الأخرى.
يمكن استخدامه في اللحام وتنقية التيتانيوم وتصنيع ثاني أكسيد التيتانيوم.
يمكن استخدامه في تحليل الكواشف وكذلك استخدامه في تحضير أملاح التيتانيوم عالية النقاء وتطبيقه في صناعة الأدوية.
يمكن استخدامه كحامل للمحفزات، ووسائط التحفيز الضوئي، ووسائط الحماية من الأشعة فوق البنفسجية. كما يُستخدم على نطاق واسع في مجالات متنوعة، مثل الطلاءات، والبلاستيك، وزجاج السيارات ذاتي التنظيف، ومرايا السيارات، وزجاج الجدران، ومصابيح زجاج الشاشة، ومواد تنقية الهواء، والأدوية، ومستحضرات التجميل، ومعالجة المياه، والدباغة، والحبر، وغيرها.