ไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ใช้หลักในการผลิตไทเทเนียมโลหะและไทเทเนียมไดออกไซด์สำหรับเม็ดสี โดยทำหน้าที่เป็นสารกลางสำคัญในกระบวนการคิรอลล์ (Kroll process) ซึ่งถูกย่อด้วยแมกนีเซียมหรือโซเดียมเพื่อผลิตไทเทเนียมโลหะสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมอวกาศและอุตสาหกรรมทั่วไป ในกระบวนการผลิตเม็ดสี ไทเทเนียมเตตระคลอไรด์ถูกออกซิไดซ์เพื่อสร้างไทเทเนียมไดออกไซด์ ซึ่งใช้อย่างแพร่หลายในสีทา เคลือบ พลาสติก และกระดาษ เนื่องจากความสว่างและความทึบแสง

นอกจากนี้ ยังใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการสังเคราะห์อินทรีย์ เช่น การพอลิเมอไรเซชันของอัลคีนสำหรับผลิตพลาสติกอย่างพอลิโพรพิลีน และใช้ในการสร้างควันหรือหมอกหนาทึบสำหรับการบังคับใช้ทางทหารหรือการแสดง เนื่องจากทำปฏิกิริยากับความชื้นในอากาศเพื่อผลิตควันขาวหนาแน่น นอกจากนี้ ยังใช้ในกระบวนการปรับสภาพพื้นผิวเพื่อปรับปรุงการยึดเกาะและความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะ อย่างไรก็ตาม สารนี้มีฤทธิ์กัดกร่อนและไวต่อความชื้นสูง จึงต้องจัดการด้วยความระมัดระวัง