El holmio es una tierra rara pesada de abundancia cortical muy baja, pero ocupa puestos insustituibles en dos direcciones: magnetismo fuerte y láseres de infrarrojo medio. El átomo de holmio tiene el momento magnético efectivo más alto de la serie de los lantánidos; usar el metal holmio o las aleaciones de holmio como polos magnéticos y concentradores de flujo puede producir un campo magnético local extremadamente intenso en un pequeño volumen, que se utiliza en resonancia magnética nuclear de alto campo e instalaciones de investigación de campo magnético intenso. Los láseres de granate de itrio y aluminio dopado con holmio (Ho:YAG) emiten luz infrarroja media alrededor de 2,1 µm; esta longitud de onda es fuertemente absorbida por el agua, dando buen corte y hemostasia en cirugía, y se utiliza ampliamente en litotricia urológica, resección de próstata, artroscopia y cirugía oftálmica. Los iones holmio tienen también absorción característica a ciertas longitudes de onda, utilizada para colorear vidrio y cerámica y como filtro en vidrio óptico. Aunque el holmio no se utiliza en grandes cantidades totales, cada aplicación es de alta precisión y alto valor añadido.
Ho2O3 (óxido de holmio(III)) es el óxido principal del holmio. Es un polvo amarillo pálido y el punto de partida para preparar metal de holmio, cristales láser Ho:YAG y vidrios especiales; por sí solo sirve también como colorante de vidrio y como dopante en filtros ópticos, utilizado para fabricar filtros estándar que absorben longitudes de onda específicas y para calibrar la longitud de onda en instrumentos espectroscópicos. HoCl3 (tricloruro de holmio) es un intermedio en el diagrama de flujo de extracción y separación, utilizado para la producción electrolítica de metal de holmio y la síntesis de complejos organometálicos de holmio. Dado que los iones holmio tienen un rico conjunto de niveles de energía, el óxido de holmio se utiliza también como materia prima de dopado para ciertos láseres de infrarrojo medio y amplificadores de fibra, y como aditivo en cerámicas sustrato de microondas; aunque su uso es pequeño en volumen, aparece con frecuencia en la investigación y los dispositivos ópticos de gama alta.
