El iterbio es un miembro situado al final de la serie de tierras raras ligeras, y sus dos usos más conocidos se relacionan ambos con la medición de precisión. El iterbio-169 radiactivo se fabrica en fuentes radiactivas de capa fina utilizadas para la medición de tensiones por difracción de rayos X de estructuras de ingeniería y para galgas extensométricas de alta temperatura, midiendo con precisión las diminutas deformaciones de puentes, recipientes a presión y soldaduras bajo carga. En los relojes atómicos, un único átomo de iterbio se atrapa en una red óptica para hacer un reloj óptico de iterbio —uno de los dispositivos de cronometraje más precisos jamás construidos por el ser humano— utilizado para cronometraje, navegación por satélite y comprobación de constantes físicas fundamentales. En los láseres, los láseres de disco delgado de granate de itrio y aluminio dopado con iterbio (Yb:YAG) tienen una alta eficiencia de conversión y una alta potencia de salida, y se han convertido en el medio de trabajo dominante para el corte industrial, la soldadura y los láseres ultrarápidos. En metalurgia, pequeñas cantidades de iterbio se añaden a los aceros inoxidables y las aleaciones de aluminio como desoxidantes y modificadores, refinando la microestructura y mejorando la tenacidad.
Yb2O3 (óxido de iterbio(III)) es el óxido principal del iterbio. Es un polvo blanco y la materia prima para preparar metal de iterbio, cristales láser Yb:YAG y cerámicas electrónicas; se utiliza también como dopante menor en vidrios ópticos y fósforos. YbCl3 (tricloruro de iterbio) es un intermedio en el diagrama de flujo de extracción y separación, utilizado para la producción electrolítica de metal de iterbio y la síntesis de complejos organometálicos de iterbio. Yb:YAG es el cristal láser de granate de itrio y aluminio dopado con iterbio (Yb:Y3Al5O12), en el que una pequeña cantidad de iones iterbio divalente o trivalente sustituye los sitios de itrio en la red. Tiene una banda de absorción amplia, alta eficiencia cuántica y baja carga térmica, haciéndolo especialmente adecuado para láseres de alta potencia construidos en geometría de disco delgado o fibra. Junto con los amplificadores de fibra dopados con erbio y el YAG dopado con neodimio, forma los tres sistemas clásicos de iones de tierras raras de los láseres de estado sólido y de fibra.
