制備納米TiO2的方法很多，基本上可歸納為物理法和化學法。物理法又稱為機械粉碎法，對粉碎設備要求很高；化學法又可分為氣相法（CVD）、液相法和固相法。
物理沉積
物理氣相沉積法（PVD）是利用電弧、高頻或等離子體等高穩熱源將原料加熱，使之氣化或形成等離子體，然后驟冷使之凝聚成納米粒子。其中以真空蒸發法最為常用。粒子的粒徑大小及分布可以通過改變氣體壓力和加熱溫度進行控制。該法同時可采用于單一氧化物、復合氧化物、碳化物以及金屬粉的制備。
化學沉積
化學氣相沉積法（CVD）利用揮發性金屬化合物的蒸氣通過化學反應生成所需化合物，該法制備的納米TiO2粒度細，化學活性高，粒子呈球形，單分散性好，可見光透過性好，吸收屏蔽紫外線能力強。該過程易于放大，實現連續化生產，但一次性投資大，同時需要解決粉體的收集和存放問題。
CVD法又可分為氣相氧化法、氣相合成法、氣相熱解法和氣相氫火焰法。
氣相氫火焰法：是通過四氯化鈦氫火焰燃燒得到，反應方式如下：
TiCl4+2H2+O2 =TiO2+4HCl