ใช้ไทเทเนียมเตตระคลอไรด์เป็นสารตั้งต้นหลักในการผลิตไทเทเนียมโลหะและสารประกอบไทเทเนียมไดออกไซด์ ซึ่งเป็นสีขาวสำคัญในสีทา เคลือบ พลาสติก กระดาษ และเครื่องสำอาง เนื่องจากคุณสมบัติความสว่าง ความทึบแสง และการสะท้อนแสงสูง เป็นสารกลางสำคัญในกระบวนการครอลล์ (Kroll process) โดยถูกย่อด้วยแมกนีเซียมหรือโซเดียมเพื่อผลิตไทเทเนียมโลหะสำหรับการใช้งานในอวกาศและอุตสาหกรรม นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตควันและหมอกควัน เนื่องจากทำปฏิกิริยากับความชื้นในอากาศอย่างรุนแรงเพื่อสร้างควันขาวหนาแน่น ไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ยังทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบหลักในตัวเร่งปฏิกิริยาไซกเลอร์-นัตตา (Ziegler-Natta catalyst) สำหรับการสังเคราะห์พอลิเมอร์ต่างๆ เช่น โพลีเอทิลีนและพอลิโพรพิลีน รวมถึงเป็นสารตั้งต้นในปฏิกิริยาการสังเคราะห์อินทรีย์อื่นๆ นอกจากนี้ ยังใช้ในการเคลือบผิววัสดุเพื่อเพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อน ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์สำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์บางชนิด และในงานวิจัยด้านวัสดุนาโน