與熔融的碳酸鋇生成偏鈦酸鋇（加入氯化鋇或碳酸鈉做助溶劑）：
TiO2+BaCO3=BaTiO3+CO2↑
不溶于水或者稀硫酸，但是可以溶于熱濃硫酸或熔融的硫酸氫鉀：
TiO2+H2SO4=TiOSO4+H2O
二氧化鈦溶于熱濃硫酸所得溶液雖然是酸性的，但加熱煮沸也能發生水解，得到不溶于酸、堿的水合二氧化鈦（β型鈦酸）。若加堿于新制備的鈦鹽酸性溶液，得到新鮮的水合二氧化鈦（α型鈦酸），其反應活性大于β型鈦酸，可以溶于稀酸及濃堿。溶于濃氫氧化鈉溶液后，從溶液中可以析出化學式為Na2TiO3·H2O的水合鈦酸鹽。
二氧化鈦與炭粉壓制成團并經過焦化，加熱到1070-1170K，可以制取氣態的四氯化鈦。
TiO2+2Cl2+2C=TiCl4↑+2CO↑
這一反應對于提煉鈦很重要，鎂或鈉可以簡便的還原四氯化鈦。
二氧化鈦與COCl2（光氣）、SOCl2（二氯亞砜）、CHCl3（三氯甲烷）、CCl4（四氯化碳）等氯化試劑的反應也可以用于制取四氯化鈦：
TiO2+CCl4=TiCl4↑+2CO2↑（該反應770K下完成）