לטיטניום דו חמצני פונקציות שונות בגומי, כולל צביעה, חיזוק, אנטי אייג'ינג ומילוי. הוספת טיטניום דו חמצני למוצרי גומי לבנים וצבעוניים יכולה לשפר משמעותית את עמידות מזג האוויר, עמידות בפני סדקים ותכונות מכניות של מוצרי הגומי. טיטניום דו-חמצני יכול למנוע הזדקנות גומי וסדקים בתנאי אור, ויש לו יכולות השתקפות וספיגה טובות של קרניים אולטרה סגולות, ובכך מונע ממוצרי גומי הזדקנות ועיוותים הנגרמים מחשיפה ארוכת טווח לאור השמש.
בנוסף, טיטניום דו חמצני יכול גם לשפר את עמידות הסדקים של מוצרי גומי על ידי הגדלת החוזק והקשיחות שלהם. המערכת המרוכבת שהיא יוצרת מגבירה את החוזק המבני והיציבות התרמית של הגומי, ומפחיתה את הסיכון למתיחה או לקריעה. בייצור של צמיגי רכב, בדרך כלל מוסיפים כמות מסוימת של דו תחמוצת טיטניום רוטיל כדי לשפר את עמידותו בפני אוזון וקרניים אולטרה סגולות.
היישום של טיטניום דו חמצני בעיבוד גומי אינו מוגבל לצמיגי רכב, אלא נמצא בשימוש נרחב גם בנעלי גומי, ריצוף גומי, כפפות, ציוד ספורט ותחומים אחרים.