Lutetium ist das schwerste und seltenste der Lanthanoide, mit extrem geringer Verbreitung in der Erdkruste und schwieriger Gewinnung und Trennung. Das macht es teuer und konzentriert seine Anwendungen auf eine Handvoll Grenzgebiete. Seine ikonischste Nutzung ist als Szintillator-Wirtsmaterial für PET-Detektoren (Positronen-Emissions-Tomographie): Cerdotierte Lutetium-Orthosilikat-Kristalle wandeln Gammaphotonen in sichtbares Licht um und verleihen Ganzkörper-PET-Scannern in Krankenhäusern eine hochempfindliche, hochauflösende Tumorbildgebung – derzeit die größte und unersetzlichste Verwendung von Lutetium. In der Petrochemie dienen Lutetiumverbindungen als Spezialkatalysatoren im katalytischen Wirbelschichtcracking; obwohl mengenmäßig weit kleiner als leichte Seltenerdmetalle wie Lanthan und Cer, behaupten sie ihren Platz in Feinchemieverfahren, die hohe Aktivität, lange Lebensdauer und Selektivität verlangen. Lutetium wird zudem als geringer Bestandteil bestimmter Speziallaserkristalle, als Legierungszusatz und in magnetischen Materialien sowie als Szintillatoren und Targets in der kernphysikalischen Forschung verwendet. Da es in der Natur fast immer gemeinsam mit schweren Seltenen Erden wie Yttrium und Gadolinium auftritt, sind die Trennkosten hoch und der industrielle Maßstab bleibt klein – ein Lehrbuchbeispiel für ein strategisches Metall, das in winzigen Mengen verbraucht wird, aber unersetzlich ist.
Lutetiumoxid (Lu2O3) ist das häufigste Oxid des Lutetiums, ein weißes Pulver, das hauptsächlich als Dotierwirt für optische Gläser und Szintillationskristalle sowie als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Lutetiummetall und anderen Lutetiumverbindungen dient. Lutetiumchlorid (LuCl3) ist das wichtigste Halogenid des Lutetiums, wird in der Laborsynthese und als Katalysatorvorstufe verwendet, in geringen Mengen beim katalytischen Wirbelschichtcracking der Erdölindustrie und bei bestimmten organischen Synthesereaktionen. Cerdotiertes Lutetium-Orthosilikat (LSO:Ce, oft als Lu2SiO5:Ce geschrieben) ist die ikonischste Verbindungsanwendung des Lutetiums: ein leistungsstarker Szintillationskristall mit hoher Dichte, hoher Lichtausbeute und kurzer Abklingzeit, der in den Detektoranordnungen von PET-Krankenhausscannern sowie in kernphysikalischen Experimenten und zur Gammastrahlerkennung für die Sicherheitskontrolle weit verbreitet ist. Darüber hinaus werden Lutetiumnitrat, Lutetiumfluorid und andere Lutetiumverbindungen nur in Spuren in der Forschung und in Spezialoptikmaterialien verwendet, ohne großen Verbrauchermarkt.
