TiO₂ se široko koristi u polju fotokatalize, uglavnom uključujući sljedeće aspekte:
Fotomineralizacija: Pod zračenjem UV svjetlom, TiO₂ može oksidirati i razgraditi organske i anorganske zagađivače u vodi, i konačno mineralizirati u anorganske male molekule, ugljični dioksid i vodu. Ova metoda ima značajne učinke u pročišćavanju otpadnih voda, dezodoraciji i samočišćenju.
Baktericidno: hidroksilni radikali koje stvara TiO₂ tijekom fotokatalitičkog procesa visoko su oksidirajući i mogu učinkovito uništiti bakterijske stanične stijenke i virusne proteine, čime inhibiraju rast bakterija, virusa i drugih mikroorganizama na površini tekućine iu tekućini.
Inducirana super hidrofilnost: Površina obložena TiO₂ filmom postat će iznimno hidrofilna pod UV svjetlom, što olakšava ispiranje prljavštine s površine.