ใช้หลัก ๆ ในงานวิจัยและการประยุกต์ใช้ทางแสงเฉพาะทาง สารประกอบนี้ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์วัสดุที่มีธูเลียมอื่น ๆ นำไปใช้ในการเตรียมวัสดุเรืองแสงและฟอสเฟอร์ โดยเฉพาะในอุปกรณ์ที่ต้องการการปล่อยแสงใกล้แอนฟราเรด เนื่องจากคุณสมบัติพารามากเนติก จึงถูกศึกษาในงานทดลองความไวต่อสนามแม่เหล็กและใช้เป็นสาร dopant ในเลเซอร์สถานะของแข็ง ในเคมีวิเคราะห์ ทำหน้าที่เป็นมาตรฐานสอบเทียบสำหรับสเปกโตรเมตรีมวลและเทคนิคสเปกโทรสโกปี รูปแบบ hydrate มีประโยชน์ในกระบวนการที่ใช้สารละลายซึ่งต้องการการปล่อยไอออนธูเลียมอย่างควบคุม