二氧化鈦作為重要的無機化工原料，根據晶體結構主要分為銳鈦礦型（Anatase）和金紅石型（Rutile）兩種晶型。銳鈦礦型晶體結構相對松散，具有較高的光催化活性，常用于光催化劑（波長閾值387nm）和自清潔材料領域；而金紅石型晶體排列更為致密，折射率更高（2.71），在顏料、涂料等行業應用更廣泛，其熱穩定性可達1850℃。
從生產工藝角度區分，二氧化鈦可分為硫酸法產品和氯化法產品。硫酸法工藝（反應溫度200-220℃）成本較低但會產生大量副產物，適合生產銳鈦型產品；氯化法工藝（高溫氯化至1000℃）產品純度更高（TiO2含量≥99%），特別適合生產高端的金紅石型產品，但技術門檻和設備投資要求較高。
根據表面處理方式不同，二氧化鈦還可分為親水型和疏水型。經過硅烷、有機硅等改性的疏水型產品（接觸角＞90°）在塑料、油墨中分散性更好；而鋁、鋯等無機包膜的親水型產品（接觸角＜30°）則更適用于水性體系，這一特性在乳膠漆和造紙行業尤為重要。
近年來還出現了特殊功能改性的二氧化鈦品種，比如摻雜氮元素的可見光響應型（吸收邊紅移至550nm），以及經過貴金屬修飾的復合型產品（如Ag/TiO2抗菌效率達99.9%）。這些新型分類正不斷拓展著二氧化鈦在環保、新能源等領域的應用邊界。
