ルテチウムはランタノイド中で最も重く、最も希少で、地殻存在度が極めて低く、抽出・分離も困難なため高価であり、用途はごく一部の最先端分野に集中している。象徴的な用途は、PET（ポジトロン放出断層撮影）検出器のシンチレータ母体材料である。セリウム添加オルソケイ酸ルテチウム結晶はガンマ光子を可視光に変換し、全身用病院PET装置に高感度・高分解能の腫瘍画像をもたらす——これが現在、ルテチウム最大かつ最も代えがたい用途である。石油化学分野では、流動接触分解においてルテチウム化合物が特殊触媒として用いられる。ランタンやセリウムといった軽希土類に比べ量的にははるかに少ないものの、高活性・長寿命・選択性が求められるファインケミカルプロセスでなお存在感を持つ。ルテチウムはまた、特定の特殊レーザー結晶の微量成分、合金添加元素、磁性材料のほか、核物理研究におけるシンチレータやターゲットとしても用いられる。自然界ではイットリウムやガドリニウムなどの重希土類と必ず共生するため分離コストが高く、工業規模は依然として小さい——少量しか消費されないが不可欠な、教科書的な戦略金属である。
酸化ルテチウム（Lu2O3）はルテチウムの代表的な酸化物で、白色粉末であり、主に光学ガラスやシンチレーション結晶のドープ母体として、また金属ルテチウムやその他のルテチウム化合物を作る出発原料として用いられる。塩化ルテチウム（LuCl3）はルテチウムの主要なハロゲン化物で、実験室合成や触媒前駆体として、少量の石油流動接触分解や特定の有機合成反応に使われる。セリウム添加オルソケイ酸ルテチウム（LSO:Ce、しばしば Lu2SiO5:Ce とも表記）はルテチウム化合物の最も象徴的な応用であり、高密度・高発光量・高速減衰時間を兼ね備えた高性能シンチレーション結晶として、病院PET装置の検出器アレイをはじめ、核物理実験や保安検査用ガンマ線検出に広く用いられる。これら以外にも、硝酸ルテチウムやフッ化ルテチウムなどのルテチウム化合物は、研究や特殊光学材料にごく微量用いられるにとどまり、大きな民生市場は存在しない。
