TiO₂ banyak digunakan dalam bidang fotokatalisis, terutama mencakup aspek-aspek berikut:
Fotomineralisasi: Di bawah iradiasi sinar UV, TiO₂ dapat mengoksidasi dan menguraikan polutan organik dan anorganik dalam air, dan akhirnya termineralisasi menjadi molekul kecil anorganik, karbon dioksida, dan air. Metode ini memiliki pengaruh yang signifikan dalam pengolahan limbah, penghilangan bau, dan pembersihan mandiri.
Bakterisida: Radikal hidroksil yang dihasilkan oleh TiO₂ selama proses fotokatalitik sangat mengoksidasi dan dapat secara efektif menghancurkan dinding sel bakteri dan protein virus, sehingga menghambat pertumbuhan bakteri, virus, dan mikroorganisme lain pada permukaan cairan dan di dalam cairan.
Induksi super hidrofilisitas: Permukaan yang dilapisi film TiO₂ akan menjadi sangat hidrofilik di bawah penyinaran sinar UV, sehingga kotoran di permukaan mudah dibersihkan.