TiO₂ kasutatakse laialdaselt fotokatalüüsi valdkonnas, hõlmates peamiselt järgmisi aspekte:
Fotomineraliseerimine: UV-kiirguse käes võib TiO₂ oksüdeerida ja lagundada vees leiduvaid orgaanilisi ja anorgaanilisi saasteaineid ning lõpuks mineraliseeruda anorgaanilisteks väikesteks molekulideks, süsinikdioksiidiks ja veeks. Sellel meetodil on märkimisväärne mõju reovee puhastamisel, desodoreerimisel ja isepuhastumisel.
Bakteritsiidne: TiO₂ poolt fotokatalüütilise protsessi käigus tekkivad hüdroksüülradikaalid on tugevalt oksüdeerivad ja võivad tõhusalt hävitada bakteriraku seinad ja viirusvalgud, pärssides seega bakterite, viiruste ja muude mikroorganismide kasvu vedeliku pinnal ja vedelikus.
Indutseeritud superhüdrofiilsus: TiO₂-kilega kaetud pind muutub UV-kiirguse mõjul äärmiselt hüdrofiilseks, muutes pinnale sattunud mustuse hõlpsaks mahapesemiseks.