L'holmium est une terre rare lourde à très faible abondance crustale, mais elle occupe des positions irremplaçables dans deux directions : le magnétisme intense et les lasers à infrarouge moyen. L'atome d'holmium présente le moment magnétique effectif le plus élevé de la série des lanthanides ; l'emploi du métal holmium ou d'alliages d'holmium comme pôles magnétiques et concentrateurs de flux peut produire un champ magnétique local extrêmement intense dans un petit volume, utilisé en résonance magnétique nucléaire à haut champ et dans les installations de recherche à champ magnétique puissant. Les lasers au grenat d'yttrium et d'aluminium dopé à l'holmium (Ho:YAG) émettent une lumière infrarouge moyen autour de 2,1 µm ; cette longueur d'onde est fortement absorbée par l'eau, offrant bonne coupe et hémostase en chirurgie, et est largement utilisée dans la lithotritie urologique, la résection de prostate, l'arthroscopie et la chirurgie ophtalmique. Les ions holmium présentent aussi une absorption caractéristique à certaines longueurs d'onde, utilisée pour colorer le verre et la céramique et comme filtre dans le verre optique. Bien que l'holmium ne soit pas utilisé en grande quantité totale, chaque application est de haute précision et à haute valeur ajoutée.
Ho2O3 (oxyde d'holmium(III)) est le principal oxyde de l'holmium. C'est une poudre jaune pâle et le point de départ de la préparation du métal holmium, des cristaux laser Ho:YAG et de verres spéciaux ; employé seul, il sert aussi de colorant pour verre et de dopant dans des filtres optiques, utilisé pour fabriquer des filtres étalons qui absorbent des longueurs d'onde spécifiques et pour calibrer la longueur d'onde dans les instruments spectroscopiques. HoCl3 (trichlorure d'holmium) est un intermédiaire du schéma d'extraction et de séparation, utilisé pour la production électrolytique du métal holmium et la synthèse de complexes organométalliques d'holmium. Les ions holmium disposant d'un riche ensemble de niveaux d'énergie, l'oxyde d'holmium sert aussi de matière première de dopage pour certains lasers à infrarouge moyen et amplificateurs à fibre, ainsi que d'additif dans les céramiques substrats à micro-ondes ; bien que son usage soit faible en volume, il apparaît fréquemment dans la recherche et les dispositifs optiques haut de gamme.
