与熔融的碳酸钡生成偏钛酸钡（加入氯化钡或碳酸钠做助溶剂）：

TiO2+BaCO3=BaTiO3+CO2↑

不溶于水或者稀硫酸，但是可以溶于热浓硫酸或熔融的硫酸氢钾：

TiO2+H2SO4=TiOSO4+H2O

二氧化钛溶于热浓硫酸所得溶液虽然是酸性的，但加热煮沸也能发生水解，得到不溶于酸、碱的水合二氧化钛（β型钛酸）。若加碱于新制备的钛盐酸性溶液，得到新鲜的水合二氧化钛（α型钛酸），其反应活性大于β型钛酸，可以溶于稀酸及浓碱。溶于浓氢氧化钠溶液后，从溶液中可以析出化学式为Na2TiO3·H2O的水合钛酸盐。

二氧化钛与炭粉压制成团并经过焦化，加热到1070-1170K，可以制取气态的四氯化钛。

TiO2+2Cl2+2C=TiCl4↑+2CO↑

这一反应对于提炼钛很重要，镁或钠可以简便的还原四氯化钛。

二氧化钛与COCl2（光气）、SOCl2（二氯亚砜）、CHCl3（三氯甲烷）、CCl4（四氯化碳）等氯化试剂的反应也可以用于制取四氯化钛：

TiO2+CCl4=TiCl4↑+2CO2↑（该反应770K下完成）。