산화티탄 광촉매가 파장 380나노미터(nm) 이하의 자외선을 흡수하면 광촉매 분해작용이 일어난다. 이것은 물질을 분해해버리는 형상으로 예를 들어, 유기물은 이산화탄소(CO₂)로 분해된다. 이것은 광합성반응의 역으로 연소반응에 해당한다. 이 반응은 30,000℃ 이상에서의 연소반응에 해당하지만 통상의 연소반응과는 전혀 다르며, 광촉매 반응에서는 온도가 상승하지 않고, 실온의 상태에서 반응이 진행하며, 빛이 닿을때에 빛의 양만큼만 반응이 일어난다.

예를 들어, 자외선 램프가 들어있는 공기청정기의 필터에 산화티탄을 넣어두면, 필터에 부착되는 더러움이나 균, 바이러스 등이 분해되고, 자동차의 배기가스에 포함된 매연(대부분이 탄소)도 산화티탄 코팅유리 위에서는 광원에 포함된 자외선에 의해 분해되어 버린다. 또, 산화티탄을 코팅한 재료표면에 자외선이 닿으면 더러움이 분해되어 표면이 깨끗하게 유지되는 것이다.