ใช้หลักในการผลิตโลหะติเตเนียมและสีเม็ดติทาเนียมไดออกไซด์ (titanium dioxide pigment) ทำหน้าที่เป็นสารกลางสำคัญในกระบวนการ Kroll โดยถูกรีดิวซ์ด้วยแมกนีเซียมหรือโซเดียมเพื่อผลิตติเตเนียมโลหะสำหรับการใช้งานในอวกาศและอุตสาหกรรม ในเครื่องยิงควันและเครื่องสร้างหมอก ติทาเนียมเทตระคลอไรด์ทำปฏิกิริยากับความชื้นในอากาศเพื่อสร้างควันขาวหนาทึบของกรดไฮโดรคลอริกและออกซีคลอไรด์ติทาเนียม สร้างควันที่มองเห็นได้ นอกจากนี้ยังใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการสังเคราะห์อินทรีย์และปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรเซชัน โดยเฉพาะในการผลิตพลาสติกบางชนิด เนื่องจากมีความเป็นกรดลิวอิสที่แรง จึงใช้ในกระบวนการแปลงสารเคลมีเฉพาะทางที่เกี่ยวข้องกับการฮาโลเจนेशनหรือการแลกเปลี่ยนคลอไรด์ นอกจากนี้ยังใช้เป็นตัวเร่งในกระบวนการผลิตพอลิเมอร์ เช่น การผลิตพอลิโพรพิลีน รวมถึงใช้ในการผลิตสารเคลือบผิวที่มีความทนทานสูง และใช้ในอุตสาหกรรมไฟเบอร์กลาสเพื่อเพิ่มคุณสมบัติของวัสดุ