ツリウムは天然に存在する安定ランタノイドの中でも最も少なく、高価であるため、高級な小型化デバイスにのみ用いられる。ツリウム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット(Tm:YAG)やツリウム添加ファイバーレーザーは、2 µm 付近の目に安全な光を出力する。この光は水や生体組織に強く吸収され、泌尿器科の結石破砕、軟部外科、ガスセンシングに用いられる。放射性同位体のツリウム 170 は β 線と γ 線を放出し、携帯型 X 線透過源や小型照射装置に加工される。大型の X 線装置を持ち込むことなく、現場での非破壊検査や機器の現地検査を可能にする。ツリウムイオンは光記録、高解像度蛍光標識、高温超伝導体研究にも限られた用途を持つ。消費量はごくわずかであるが、目に安全なレーザーと携帯型同位体線源という二つのニッチ分野では、より安価な代替品を見つけるのが難しい。
Tm2O3(酸化ツリウム(III))は、ツリウムの主要な酸化物である。わずかに緑みを帯びた白色の粉末で、ツリウム金属、Tm:YAG レーザー結晶、特殊発光材料を調製する出発点となる。光学ガラスや電子セラミックスの微量ドーパントとしても用いられる。TmCl3(三塩化ツリウム)は抽出分離フローの中間生成物で、ツリウム金属の溶融塩電解製造やツリウム錯体の合成に用いられる。ツリウムは地殻中に極めて少ないため、その化合物が一般消費市場に出ることはほとんどない。供給されるのは高純度試薬、レーザー結晶原料、放射性同位体標的としてに過ぎない。ツリウム 170 は通常、原子炉でツリウム標的を照射して製造され、携帯型探傷・照射装置の内部に小型の金属または酸素線源として梱包される。