Kationenbildung, welche ihrerseits in Wasser schwach sauer reagieren. Wie die anderen dreiwertigen Oxide der schwereren Lanthanoide kristallisiert es in der kubischen Lanthanoid-C-Struktur mit a = 1039 pm und Z = 16. Es besitzt einen hohen Absorptionskoeffizienten für Röntgenstrahlen, was es als Szintillationsmateria für medizinische Detektoren interessant macht.

Lutetium(III)-oxid wird zur Herstellung von Spezialgläsern und auch als Katalysator beim Cracken, zur Alkylierung, Hydrierung und Polymerisation verwendet. Es dient auch als Ausgangsstoff zur Herstellung von Lasermaterialien. Eine Verbindung aus Lutetium(III)-oxid und Palladium(II)-oxid (erzeugt bei hohem Druck und Temperatur in Gegenwart von Kaliumchlorat) besitzt Eigenschaften die für supraleitende Materialien interessant sind.