ใช้ในวัสดุออปติคัลพิเศษ โดยเฉพาะในการผลิตกระจกฟลูออไรด์สำหรับการส่งผ่านอินฟราเรด ใช้ในผลึกเลเซอร์ที่ซึ่งวัสดุที่ doped ด้วยทูลเลียมช่วยให้การปล่อยแสงที่มีประสิทธิภาพในช่วงใกล้อินฟราเรด ซึ่งมีประโยชน์สำหรับเลเซอร์ทางการแพทย์และโทรคมนาคม ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์สารประกอบทูลเลียมอื่นๆ ที่ใช้ในการวิจัยและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีสูง นอกจากนี้ยังใช้ในแท่งควบคุมนิวเคลียร์เนื่องจากคุณสมบัติการดูดซับนิวตรอน