TiO₂存在三种晶型：锐钛矿（anatase，禁带宽度3.20eV，光吸收阈值387nm）、金红石（rutile，3.02eV，阈值410nm）和板钛矿（brookite，3.13eV，阈值396nm）。锐钛矿的导带底位置为-0.26V（vs NHE, pH=7），价带顶位置为+2.94V，金红石分别为-0.15V和+2.87V。锐钛矿的电子迁移率约10⁻⁴cm²·V⁻¹·s⁻¹，低于金红石（约10⁻¹cm²·V⁻¹·s⁻¹），但锐钛矿具有更大的比表面积和更多的表面活性位点，光催化活性通常比金红石高2-4倍。Degussa P25（含80%锐钛矿+20%金红石）利用两相界面处形成的异质结构促进电荷分离，在实际应用中表现出优良性能。
