El tulio es uno de los lantánidos estables menos abundantes en la naturaleza y es caro, por lo que se utiliza solo en dispositivos miniaturizados de gama alta. El granate de itrio y aluminio dopado con tulio (Tm:YAG) y los láseres de fibra dopados con tulio emiten luz segura para el ojo alrededor de 2 µm, que es fuertemente absorbida por el agua y el tejido biológico, y se utilizan en litotricia urológica, cirugía de tejidos blandos y detección de gases. El isótopo radiactivo tulio-170 emite rayos β y γ y se fabrica en fuentes portátiles de rayos X de control y pequeñas unidades de irradiación, permitiendo el ensayo no destructivo en campo y en equipo sin tener que desplegar una gran máquina de rayos X. Los iones tulio encuentran también un uso limitado en almacenamiento óptico, marcaje fluorescente de alta resolución e investigación de superconductores de alta temperatura. Aunque su consumo es diminuto, en los dos nichos de los láseres seguros para el ojo y las fuentes de isótopos portátiles es difícil encontrar una alternativa más barata.
Tm2O3 (óxido de tulio(III)) es el óxido principal del tulio. Es un polvo blanco con un ligero tinte verdoso y el punto de partida para preparar metal de tulio, cristales láser Tm:YAG y materiales luminiscentes especiales; se utiliza también como dopante menor en vidrios ópticos y cerámicas electrónicas. TmCl3 (tricloruro de tulio) es un intermedio en el diagrama de flujo de extracción y separación, utilizado para la producción electrolítica de sal fundida del metal de tulio y la síntesis de complejos de tulio. Dado que el tulio es tan raro en la corteza terrestre, sus compuestos apenas entran en el mercado de consumo masivo; se suministran solo como reactivos de alta pureza, materia prima de cristales láser y blancos de isótopos radiactivos. El tulio-170 se produce típicamente irradiando un blanco de tulio en un reactor, y luego se envasan como una pequeña fuente metálica u óxido dentro de los dispositivos portátiles de detección de fallos e irradiación.
