L'ytterbium est un membre situé à l'extrémité de la série des terres rares légères, et ses deux usages les plus connus relèvent tous deux de la mesure de précision. L'ytterbium-169 radioactif est transformé en sources radioactives en couche mince utilisées pour la mesure de contraintes par diffraction des rayons X sur les structures d'ingénierie et pour les jauges de déformation à haute température, mesurant avec précision les minuscules déformations des ponts, récipients sous pression et soudures sous charge. Dans les horloges atomiques, un unique atome d'ytterbium est piégé dans un réseau optique pour faire une horloge optique à l'ytterbium — l'un des instruments de mesure du temps les plus précis jamais construits par l'homme — utilisée pour la mesure du temps, la navigation par satellite et la vérification des constantes physiques fondamentales. Dans les lasers, les lasers à disque mince au grenat d'yttrium et d'aluminium dopé à l'ytterbium (Yb:YAG) présentent un haut rendement de conversion et une puissance de sortie élevée, et sont devenus le milieu de travail dominant pour la coupe industrielle, le soudage et les lasers ultrarapides. En métallurgie, de faibles quantités d'ytterbium sont ajoutées aux aciers inoxydables et aux alliages d'aluminium comme désoxydants et modifiants, affinant la microstructure et améliorant la ténacité.
Yb2O3 (oxyde d'ytterbium(III)) est le principal oxyde de l'ytterbium. C'est une poudre blanche et la matière première de préparation du métal ytterbium, des cristaux laser Yb:YAG et des céramiques électroniques ; il sert aussi de dopant mineur dans les verres optiques et les luminophores. YbCl3 (trichlorure d'ytterbium) est un intermédiaire du schéma d'extraction et de séparation, utilisé pour la production électrolytique du métal ytterbium et la synthèse de complexes organométalliques d'ytterbium. Yb:YAG est le cristal laser au grenat d'yttrium et d'aluminium dopé à l'ytterbium (Yb:Y3Al5O12), dans lequel une petite quantité d'ions ytterbium divalent ou trivalent remplace des sites de yttrium dans le réseau. Il présente une large bande d'absorption, une haute efficacité quantique et une faible charge thermique, ce qui le rend particulièrement adapté aux lasers de forte puissance construits en géométrie à disque mince ou à fibre. Avec les amplificateurs à fibre dopés à l'erbium et le YAG dopé au néodyme, il forme les trois systèmes classiques à ions de terres rares des lasers à solide et à fibre.
