Oczyszczanie wody
Fotokatalityczna właściwość TiO₂ znalazła wiele zastosowań. Wykorzystywana jest m.in. do usuwania z wody pozostałości pestycydów, leków, barwników, środków powierzchniowo czynnych i hormonów.

Produkcja powierzchni samoczyszczących i samosterylizujących
Kolejnym zastosowaniem jest wykorzystanie tej cechy do produkcji powierzchni samoczyszczących i samosterylizujących (np. produkcja okien, szyb i lusterek samochodowych). Na skutek oddziaływania z promieniowaniem UV, zabrudzenia nagromadzone na hydrofilowych powierzchniach pokrytych TiO₂ ulegają dekompozycji, tracą swoją przyczepność i z łatwością mogą zostać zmyte przez opady atmosferyczne.

Budownictwo
Z właściwości tej korzysta się również w budownictwie. Materiały budowlane pokryte TiO₂ zapewniają znakomite własności antystatyczne oraz hydrofilowe, utrzymując ściany budynków w czystości przez wiele lat.

Zwalczanie drobnoustrojów
Fotokatalityczną właściwość tlenku tytanu(IV) stosuje się także w przypadku zwalczania mikroorganizmów, czyli właściwość ta ma zastosowanie biologiczne. Neutralizuje niepożądane zapachy, zwalcza wirusy, grzyby, bakterie, a nawet komórki nowotworowe. TiO₂ wykorzystano do neutralizacji gronkowca złocistego czy wirusa grypy.

Oczyszczanie powietrza
Do usuwania toksycznych i kancerogennych gazów z powietrza, takich jak lotne związki organiczne, uważane za przyczynę nowotworów krwi u dzieci również stosuje się tlenek tytanu(IV). Fotokatalityczna produkcja rodników hydroksylowych przez TiO₂ przyspiesza rozrywanie wiązań chemicznych w lotnych związkach organicznych, co sprawia, że gazy stają się nieszkodliwe dla ludzi. Dodatkowo oczyszczają przy tym powietrze z nieprzyjemnych zapachów (np. moczu, fekaliów, tlenku azotu, formaldehydu, benzyny).

TiO₂ stosuje się także do redukcji lub eliminacji zanieczyszczeń powietrza tlenkami azotu czy dymem papierosowym. Dodanie go do betonu drogowego pomaga usuwać związki azotu zawarte spalinach samochodowych. Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, szkodliwe związki są neutralizowane do niegroźnych azotanów, które następnie spłukuje deszcz.

Właściwości odkażające
Wykorzystywane są w preparatach do odkażania narzędzi chirurgicznych, cewników czy powierzchni ze względu na właściwości antybakteryjne.

TiO₂ jako biomateriał
Kolejnym zastosowaniem jest podejście inżynieryjne. Tlenek tytanu(IV) jest składnikiem biokompozytów. Pod wpływem światła wykazuje on zabójczy efekt w stosunku do bakterii Escherichia coli i grzybów Candidia albicans.

Stosuje się go także jako biomateriał w tworzeniu implantów stomatologicznych i kostnych. Rozwiązują one problem zakażeń i infekcji długo gojących się ran w zabiegach dentystycznych. Implanty te są przezroczyste, tanie i funkcjonalne. Oprócz biokompatybilności zastosowanie TiO₂ zapewnia szybszy wzrost tkanki kostnej i trwałość implantu.

Natomiast wykorzystanie go w materiałach do rekonstrukcji tkanek twarzy powoduje zachowanie koloru, a także polepsza właściwości mechaniczne zastosowanych materiałów m.in. na zwiększenie wytrzymałości na rozciąganie.

Prototypy szczoteczek
Stworzono także prototypy szczoteczek do zębów, które nie wymagają pasty. W przypadku materiałów stomatologicznych, zastosowanie kompozytów zawierających TiO₂ powoduje wzrost współczynnika elastyczności, twardości, siły wiązania, homogenności czy opalizacji.

Terapie antynowotworowe
Połączenie TiO₂ z promieniowaniem UV lub ultradźwiękami znalazło zastosowanie w terapiach antynowotworowych. Daje to efekt niszczenia komórek nowotworowych.

Dermatologia
Ostatnim zastosowaniem jest wykorzystanie TiO₂ w dermatologicznych preparatach leczniczych. Stosuje się go w przypadku występowania trądziku młodzieńczego czy atopowego zapalenia skóry.

TiO₂ w kremach z filtrem
TiO₂ pełni w preparatach kosmetycznych funkcję filtra UV oraz środka zagęszczającego. Jest obojętny chemicznie, biały i bardzo trwały. Rozjaśnia też inne pigmenty. Jest słabo rozpuszczalny w wodzie, ale dobrze rozpuszcza się w olejach. Posiada wysoki współczynnik załamania światła (2,7).

Właściwości oraz działanie TiO₂ są ściśle uzależnione od stopnia rozdrobnienia. Wprowadzenie do kosmetyku zbyt dużych nanocząsteczek powoduje bielenie skóry. Są one również bardziej podatne na ścieranie, przez co nie są w stanie zapewnić dostatecznej ochrony przed szkodliwym działaniem promieniowania ultrafioletowego. Z kolei zmniejszenie ich rozmiarów może przyczynić się do wzrostu penetracji w głąb warstw skóry i powodować ich trwałe zaabsorbowanie.

Cytotoksyczność cząsteczek TiO₂ także zależy od ich rozmiarów. Im mniejsze nanocząsteczek, tym ich toksyczność jest większa. TiO₂ jako filtr UVA i UVB, absorbuje światło do długości fali równej 388 nm. Z jednej strony TiO₂ ma działanie ochronne, ale z drugiej strony, foton padający na powierzchnię skóry chronionej przez TiO₂ generuje rodniki hydroksylowe, najsilniejsze w naturze utleniacze co może prowadzić do przyspieszonego starzenia.

Tlenek tytanu (IV) jako dodatek do żywności
Największą jego zawartością wśród produktów spożywczych charakteryzują się słodycze, gumy do żucia oraz wyroby z białą, lukrową polewą. Znajdziemy go również w licznych suplementach diety. Ze względu na fakt, że jest on masowo dodawany do żywności, kosmetyków i produktów codziennego użytku, jest on również uwalniany do środowiska naturalnego. Dowiedziono, że wpływa on na zahamowanie wzrostu glonów.