ใช้หลัก ๆ ในงานวิจัยและวิทยาศาสตร์วัสดุเฉพาะทาง สารประกอบนี้ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นในการผลิตธูลเมียมออกไซด์ ซึ่งนำไปใช้ในตัวนำยวดยิ่งความร้อนสูงและวัสดุเซรามิก นอกจากนี้ยังนำไปประยุกต์ใช้ในการสังเคราะห์วัสดุเรืองแสงสำหรับการถ่ายภาพทางการแพทย์และการตรวจจับรังสี เนื่องจากธูลเมียมมีคุณสมบัติการปล่อยแสงที่เหมาะสมภายใต้การสัมผัสเอ็กซ์เรย์ ยังถูกใช้ในการพัฒนาผลึกที่ถูกโดปสำหรับเลเซอร์สถานะของแข็งที่ทำงานในช่วงใกล้อินฟราเรด รูปแบบไฮเดรตช่วยในการจัดการและการแปรรูประหว่างการผลิตอุปกรณ์ออปติคัลและฟอสเฟอร์ การใช้งานเชิงพาณิชย์มีจำกัดนอกเหนือจากสถานที่เทคโนโลยีขั้นสูงและห้องปฏิบัติการ