ลูทีเชียมถูกใช้ในหลายด้าน โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมทางการแพทย์ เช่น ใช้ในกระบวนการถ่ายภาพทางการแพทย์และการรักษามะเร็ง โดยเฉพาะไอโซโทปลูทีเชียม-177 ซึ่งนิยมใช้ในบำบัดด้วยรังสีสำหรับมะเร็งต่อมลูกหมาก มะเร็งเนื้องอกประสาท และเนื้องอกบางชนิดที่มีการแพร่กระจาย ลูทีเชียมยังใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการทางเคมี เช่น ในการผลิตเชื้อเพลิงจากน้ำมันดิบ หรือในปฏิกิริยาการสังเคราะห์สารอินทรีย์ นอกจากนี้ยังนำไปใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูง เช่น เครื่องตรวจจับรังสี และวัสดุสำหรับเลเซอร์ที่ต้องการความแม่นยำสูง