El TiO₂ s'utilitza àmpliament en el camp de la fotocatàlisi, incloent principalment els aspectes següents:
Fotomineralització: Sota la irradiació de llum UV, el TiO₂ pot oxidar i descompondre els contaminants orgànics i inorgànics de l'aigua i, finalment, mineralitzar-se en petites molècules inorgàniques, diòxid de carboni i aigua. Aquest mètode té efectes significatius en el tractament d'aigües residuals, la desodorització i l'auto-neteja.
Bactericida: els radicals hidroxil generats per TiO₂ durant el procés fotocatalític són altament oxidants i poden destruir eficaçment les parets cel·lulars bacterianes i les proteïnes virals, inhibint així el creixement de bacteris, virus i altres microorganismes a la superfície líquida i al líquid.
Super hidrofilicitat induïda: la superfície recoberta amb pel·lícula de TiO₂ esdevindrà extremadament hidròfila sota la irradiació de llum UV, facilitant el rentat de la brutícia de la superfície.