Jednou z nejdůležitější vlastností TiO2 je tzv. fotokatalytická mineralizace, při níž dochází sledem oxidativních degradačních reakcí k postupné přeměně všech organických sloučenin na konečné anorganické produkty, oxid uhličitý, vodu a příslušné minerální kyseliny, likvidaci mechanických a chemických nečistot na ošetřených površích.Jde o přesný opak přírodní fotosyntézy. Proces využívá pouze sluneční záření, nespotřebovává energii z fosilních zdrojů, čímž je v tomto směru naprosto ekologický.

Oxid titaničitý patří mezi nejčastěji používané fotokatalytické polovodiče, zejména díky perspektivám v oblasti ochrany životního prostředí. K těmto účelům se používá buďto ve formě prášku, který je suspendován v roztoku s rozkládanou látkou, či ve formě imobilizované vrstvy.

V přírodě se vyskytuje ve třech krystalových modifikacích, a to jako rutil, anatas a brookit. Nejčastěji se k fotodegradaci používá anatasová forma oxidu titaničitého. Při absorpci UV záření (jehož energie fotonů musí překonat energii zakázaného pásu oxidu titaničitého, která činí 3,2 eV, dochází ve struktuře TiO2 k přesunu elektronu (e–) z valenčního do vodivostního pásu, přičemž po sobě elektron zanechá kladné nabitou díru (h+), jak ukazuje reakce (1): K samotné degradaci organických látek pak dochází jednak pomocí děr samotných, neboť mají silný oxidační charakter, a dále i pomocí vznikajících hydroxylových či za přítomnosti kyslíku superoxidových radikálů.

Tento způsob odbourávání organických látek patří mezi tzv. pokročilé oxidační procesy (AOP – advanced oxidation processes) a nazývá se heterogenní fotokatalytická oxidace. Samozřejmým a častým jevem je ovšem i rekombinace páru elektron-díra, díky čemuž vykazuje TiO2 menší účinnost. To, zda převládá odbourávání organických látek vlivem kladně nabitých děr, hydroxylových radikálů vznikajících z vody či radikálů ze samotné degradované látky, závisí jak na povaze částic prášku, teplotě okolí či pH, tak i na vlastnostech odbourávané organické látky. Každá látka má totiž svou typickou degradační dráhu a její meziprodukty mohou v menší či větší míře průběh fotokatalýzy ovlivnit. K degradaci některých látek také dochází i pomocí samotného UV záření.

Vlivem fotokatalytické oxidace dochází k likvidaci mechanických a chemických nečistot, eliminaci pachů, eliminaci těkavých organických látek, a to vše probíhá po mnoho let. Mezi látky rozložitelné fotokatalýzou patří také například plynné oxidy, ozon (O3), čpavek, sirovodík, chlorované uhlovodíky, aromatické uhlovodíky, pesticidy, částice mikroprachu.


Výhodou tohoto procesu je, že při něm nevznikají nežádoucí toxické látky.

Tyto procesy probíhají na plochách a v prostředí, které je ošetřeno nano materiálem takřka nepřetržitě (pokud je zajištěn přístup viditelného světla), proto na ošetřených površích nedochází k ulpívání nečistot, mastnot a tyto nečistoty lze snadno odstranit.