TiO₂ נמצא בשימוש נרחב בתחום הפוטוקטליזה, כולל בעיקר את ההיבטים הבאים:
פוטומינרליזציה: תחת קרינת אור UV, TiO₂ יכול לחמצן ולפרק מזהמים אורגניים ואי-אורגניים במים, ולבסוף מינרליזציה למולקולות קטנות אנאורגניות, פחמן דו חמצני ומים. לשיטה זו השפעות משמעותיות בטיפול בשפכים, ניקוי ריח וניקוי עצמי.
קוטלי חיידקים: רדיקלי ההידרוקסיל הנוצרים על ידי TiO₂ במהלך התהליך הפוטו-קטליטי הם מחמצנים גבוהים ויכולים להרוס ביעילות את דפנות תאים חיידקיים וחלבונים ויראליים, ובכך לעכב את הצמיחה של חיידקים, וירוסים ומיקרואורגניזמים אחרים על פני הנוזל ובנוזל.
הידרופיליות מוגברת: המשטח המצופה בסרט TiO₂ יהפוך הידרופילי במיוחד תחת קרינת אור UV, מה שמקל על שטיפת הלכלוך על פני השטח.