イッテルビウムは軽希土類系列の末尾に位置する元素であり、最もよく知られた二つの用途はいずれも精密測定に関わる。放射性のイッテルビウム 169 は薄層放射線源に加工され、工学構造物の X 線回折による応力測定や高温ひずみゲージに用いられ、荷重を受ける橋梁、圧力容器、溶接部の微小な変形を精密に測定する。原子時計では、単一のイッテルビウム原子を光格子にトラップしてイッテルビウム光時計が作られる。これは人類が作った最も正確な計時装置の一つであり、計時、衛星航法、基礎物理定数の検証に用いられる。レーザーでは、イッテルビウム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Yb:YAG）薄板ディスクレーザーが高い変換効率と高い出力を持ち、工業用の切断、溶接、超短パルスレーザーの主流の作動媒質となっている。冶金では、少量のイッテルビウムがステンレス鋼やアルミニウム合金に脱酸剤・調質剤として添加され、金属組織を微細化して靱性を改善する。
Yb2O3（酸化イッテルビウム(III)）は、イッテルビウムの主要な酸化物である。白色の粉末で、イッテルビウム金属、Yb:YAG レーザー結晶、電子セラミックスを調製する原料である。光学ガラスや蛍光体の微量ドーパントとしても用いられる。YbCl3（三塩化イッテルビウム）は抽出分離フローの中間生成物で、イッテルビウム金属の電解製造やイッテルビウム有機金属錯体の合成に用いられる。Yb:YAG はイッテルビウム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Yb:Y3Al5O12）レーザー結晶であり、少量の 2 価または 3 価イッテルビウムイオンが格子中のイットリウムサイトを置換している。広い吸収帯、高い量子効率、低い熱負荷を持つため、薄板ディスク形やファイバー形に構成される高出力レーザーに特に適する。エルビウム添加ファイバー増幅器やネオジム添加 YAG と並び、固体レーザーおよびファイバーレーザーにおける三つの古典的な希土類イオン系を形成している。
