טיטניום דו חמצני הוא פיגמנט לבן חשוב וזיגוג פורצלן. משמש בתעשיות כגון צבע, דיו, פלסטיק, גומי, ייצור נייר, סיבים כימיים, פיגמנטים בצבעי מים וכו'.
טיטניום דו חמצני הוא הדבר הלבן ביותר בעולם, וגרם אחד של טיטניום דו חמצני יכול לצבוע שטח של למעלה מ-450 סנטימטרים רבועים בלבן כשלג. הוא לבן פי 5 מהפיגמנט הלבן הנפוץ - lithopone, מה שהופך אותו לפיגמנט הטוב ביותר למיזוג צבע לבן. כמות הטיטניום דו חמצני המשמשת כפיגמנט בעולם יכולה להגיע לכמה מאות אלפי טונות בשנה. ניתן להוסיף טיטניום דו חמצני לנייר כדי להפוך אותו לבן ואטום, עם השפעה גדולה פי 10 מחומרים אחרים. לכן, יש להוסיף נייר שטרות ונייר אמנותי עם טיטניום דו חמצני.
על מנת להבהיר את צבע הפלסטיק ולרכך את הברק של המשי המלאכותי, לפעמים מוסיפים גם טיטניום דו חמצני.
בתעשיית הגומי, טיטניום דו חמצני משמש גם כחומר מילוי לגומי לבן.
התכונות הפוטוכימיות של מוליך למחצה טיטניום דו חמצני הפכו אותו ליישם בתחומים רבים, כגון טיהור אוויר, מים ונוזלים. ניתן להשתמש בפוטו-זרזים המסוימים בפחמן או בהטרואטומים אחרים גם בחללים אטומים או באזורים עם מקורות אור מפוזרים. בשימוש בציפויים על מבנים, לוחות הולכי רגל, קירות בטון או רעפים, הם יכולים להגביר באופן משמעותי את הפירוק של מזהמי אוויר כגון תחמוצות חנקן, ארומטים ואלדהידים.
בנוסף, הוא נמצא בשימוש נרחב בייצור קרם הגנה שאינו רעיל ואינו מזיק לגוף האדם.
טיטניום דו-חמצני דק במיוחד בעל מיגון ושקיפות מעולים לאור UV. בשימוש נרחב בקוסמטיקה, הגנת עץ, פלסטיק לאריזת מזון, סרטים ביתיים עמידים, סיבים מלאכותיים וטבעיים וציפויים שקופים. האפקט האופטי המיוחד בציפוי פלאש מתכתי משך תשומת לב ויישום בציפויים יוקרתיים לרכב.
