二氧化鈦在自然界有三種結(jié)晶形態(tài)：金紅石型、銳鈦型和板鈦型。板鈦型屬斜方晶系，是不穩(wěn)定的晶型，在650℃以上即轉(zhuǎn)化成金紅石型，因此在工業(yè)上沒有實用價值。銳鈦型在常溫下是穩(wěn)定的，但在高溫下要向金紅石型轉(zhuǎn)化。其轉(zhuǎn)化強度視制造方法及煅燒過程中是否加有抑制或促進劑等條件有關(guān)。

金紅石型和銳鈦型都屬于四方晶系，但具有不同的晶格，因而X射線圖象也不同，銳鈦型二氧化鈦的衍射角位于25.5°，金紅石型的衍射角位于27.5°。金紅石型的晶體細長，呈棱形，通常是孿晶；而銳鈦型一般近似規(guī)則的八面體。

二氧化鈦的三種同分異構(gòu)體中只有金紅石型穩(wěn)定，也只有金紅石型可通過熱轉(zhuǎn)換獲得。天然板鈦礦在650℃以上即轉(zhuǎn)換為金紅石型，銳鈦礦在915℃左右也能轉(zhuǎn)變呈金紅石型。

氯化法是用含鈦的原料，以氯化高鈦渣、或人造金紅石、或天然金紅石等與氯氣反應(yīng)生成四氯化鈦，經(jīng)精餾提純，然后再進相氧化；在速冷后，經(jīng)過氣固分離得到TiO2。該TiO2因吸附一定量的氯，需進行加熱或蒸氣處理將其移走。該工藝簡單，但在1000℃或更高條件氯化，有許多化學工程問題如氯、氯氧化物、四氯化鈦的高腐蝕需要解決，再加上所用的原料特殊，較之硫酸法成本高。