ใช้เป็นหลักในการผลิตโลหะติเตเนียมและเม็ดสีไทเทเนียมไดออกไซด์ โดยทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำคัญในกระบวนการคิรอลล์ (Kroll process) ซึ่งถูกย่อด้วยแมกนีเซียมหรือโซเดียมเพื่อผลิตโลหะติเตเนียมสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมอวกาศและอุตสาหกรรมอื่นๆ ในอุตสาหกรรมเม็ดสี ไทเทเนียมเทตราคลอไรด์ถูกออกซิไดซ์เพื่อสร้างไทเทเนียมไดออกไซด์ ซึ่งเป็นเม็ดสีขาวที่ใช้ในสีทา สารเคลือบ พลาสติก และกระดาษ เนื่องจากความสว่างและดัชนีหักเหสูง นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตควันหรือหมอกสำหรับงานแสดงหรือการทหาร เนื่องจากทำปฏิกิริยากับความชื้นในอากาศอย่างรุนแรงเพื่อผลิตควันขาวหนาแน่น นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหรือสารตั้งต้นในปฏิกิริยาการสังเคราะห์อินทรีย์บางชนิดและปฏิกิริยาการพอลิเมอไรเซชัน เช่น ในกระบวนการผลิตพอลิโพรพิลีน ซึ่งช่วยควบคุมโครงสร้างของพอลิเมอร์ให้มีคุณสมบัติตามต้องการ ยังมีการใช้ในอุตสาหกรรมเคมีอื่นๆ เช่น การผลิตสารเคลือบที่มีความทนทานสูง