二氧化鈦是一種無機化合物，其化學式為TiO?。這意味著它由兩種基本元素組成：鈦（Ti）和氧（O）。鈦元素作為核心金屬成分，在化合物中呈+4價態(tài)，而兩個氧原子則各帶-2價，共同形成穩(wěn)定的八面體晶體結構（金紅石型最常見）。需要特別注意的是，盡管天然礦物中可能含有微量雜質，但純凈的二氧化鈦在化學本質上僅包含這兩種元素。

在實際應用中，二氧化鈦常以三種晶型存在，分別是銳鈦礦型、板鈦礦型和金紅石型，它們的區(qū)別主要在于原子排列方式而非元素組成。特別是金紅石型二氧化鈦（密度4.23g/cm3），因其優(yōu)異的光學性能成為涂料和防曬劑的主要原料。工業(yè)級產品可能含有表面處理劑如氧化鋁或氧化硅，但這些屬于外加成分而非二氧化鈦本身的元素構成。

從原子層面來看，每個鈦原子與六個氧原子配位形成八面體，這種獨特的結構使其具有高達2.7的折射率（波長589nm）。值得注意的是，雖然二氧化鈦可能與其他金屬氧化物形成固溶體，但純凈的TiO?永遠不會含有除鈦、氧之外的其他元素。在光催化領域，刻意摻雜氮(N)或碳(C)等元素屬于改性手段，此時產物的準確表述應為"摻雜型二氧化鈦"而非純物質。