Il existe de multiples variétés de dioxyde de titane qui diffèrent notamment en fonction de leurs formes cristallines et de leurs granulométries.
Le dioxyde de titane se trouve à l’état naturel sous trois principales formes cristallines présentes dans les espèces minérales suivantes : rutile (CAS = 1317-80-2, système cristallin quadratique), brookite (CAS = 12188-41-9, système cristallin orthorhombique) et anatase (CAS = 1317-70-0, système cristallin quadratique). On trouve également le dioxyde de titane à l’état combiné avec de l’oxyde de fer dans l’espèce minérale dénommée ilménite.