TiO₂ wordt veel gebruikt op het gebied van fotokatalyse, en omvat voornamelijk de volgende aspecten:
Fotomineralisatie: Onder bestraling met UV-licht kan TiO₂ organische en anorganische verontreinigende stoffen in water oxideren en ontleden, en uiteindelijk mineraliseren tot anorganische kleine moleculen, kooldioxide en water. Deze methode heeft aanzienlijke effecten op de rioolwaterzuivering, ontgeuring en zelfreiniging.
Bactericide: De hydroxylradicalen die door TiO₂ worden gegenereerd tijdens het fotokatalytische proces zijn sterk oxiderend en kunnen bacteriële celwanden en virale eiwitten effectief vernietigen, waardoor de groei van bacteriën, virussen en andere micro-organismen op het vloeistofoppervlak en in de vloeistof wordt geremd.
Geïnduceerde superhydrofiliciteit: Het oppervlak bedekt met TiO₂-film wordt extreem hydrofiel onder bestraling met UV-licht, waardoor het gemakkelijk wordt om het vuil op het oppervlak weg te spoelen.