ไททาโนซีนไดคลอไรด์ถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในปฏิกิริยาอินทรีย์หลายชนิด โดยเฉพาะในการสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอน เช่น ปฏิกิริยาของอัลคีนและอัลไคน์ รวมถึงการรีดักชันแบบเลือกสรรของสารประกอบคาร์บอนิล นอกจากนี้ยังมีการศึกษาในด้านการแพทย์ว่าอาจมีฤทธิ์ต้านมะเร็ง โดยเฉพาะในการทดลองในระดับเซลล์ ซึ่งแสดงศักยภาพในการยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็งบางชนิด อย่างไรก็ตาม ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนา และยังไม่ได้รับการใช้งานในทางคลินิกอย่างกว้างขวาง