ใช้ในงานวิจัยและพัฒนาวัสดุเรืองแสงและอุปกรณ์ทางแสง เนื่องจากมีคุณสมบัติการปล่อยแสงที่แข็งแกร่งในช่วงใกล้อินฟราเรด ใช้เป็นสาร dopant ในเลเซอร์แบบ solid-state และเครื่องขยายไฟเบอร์สำหรับการสื่อสารโทรคมนาคม ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์สารประกอบโฮลเมียมอื่นๆ สำหรับการประยุกต์ใช้ด้านแม่เหล็กและตัวเร่งปฏิกิริยา นอกจากนี้ยังใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นตัวดูดซับนิวตรอน เนื่องจากมีค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับนิวตรอนสูง ใช้ในงานวิจัยด้านฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ โดยเฉพาะในการผลิตวัสดุแม่เหล็กที่มีคุณสมบัติพิเศษ เนื่องจากโฮลเมียมมีโมเมนต์แม่เหล็กสูง ทำให้สารประกอบนี้เหมาะสำหรับการพัฒนาอุปกรณ์แม่เหล็กประสิทธิภาพสูง นอกจากนี้ยังใช้เป็นแหล่งของธาตุโฮลเมียมในการสังเคราะห์สารประกอบโลหะหายากอื่น ๆ ที่ใช้ในเลเซอร์เฉพาะทาง โดยเฉพาะเลเซอร์ที่ทำงานในช่วงคลื่นอินฟราเรด ซึ่งมีการประยุกต์ใช้ในด้านการแพทย์และการสื่อสารแสง ยังสามารถใช้ในงานด้านโฟโตนิกส์และเป็นตัวกระตุ้นในวัสดุเรืองแสงที่ต้องการคุณสมบัติพิเศษในการเปลี่ยนความยาวคลื่นของแสง