В природе окисел титана Ti0₂ встречается в трех различных кристаллических модификациях, соответствующих трем разным кристаллическим структурам, стабильным при обычных температурах; это рутил, анатаз (или октаэдрит) и брукит. Они иногда встречаются в виде достаточно чистых и крупных кристаллов, пригодных для огранки, но ни один из этих минералов не обрабатывают (за редкими исключениями). Название «рутил» происходит от латинского слова rutilus (красный) и указывает на встречающуюся иногда окраску этого минерала. Название «анатаз» происходит от греческого слова «протяжение» и подразумевает большую, чем у других кристаллов тетрагональной сингонии, вытянутость пирамиды его кристаллов. Другое название — «октаэдрит» — обязано своим происхождением обычной форме кристаллов этого минерала — восьмигранной тетрагональной пирамиде. Брукит назван в честь Генри Джеймса Брука; элемент титан впервые был открыт в рутиле.

Как рутил, так и анатаз кристаллизуются в тетрагональной сингонии, но отличаются соотношением осей симметрии и габитусом кристаллов. Кристаллы рутила напоминают кристаллы касситерита — они зачастую призматические и заостренные и иногда коленчатые вследствие двойникования. Брукит кристаллизуется в ромбической сингонии. Все три минерала обладают алмазным или металлическим блеском. Цвет рутила красновато-коричневый до красного и иногда желтоватый. Анатаз коричневый до черного в непрозрачных разностях. Брукит — желтоватый и также бывает черным в непрозрачных разностях.

Рутил оптически одноосный, положительный минерал. Величины обыкновенного и необыкновенного показателей преломления 2,616 и 2,903. Двупреломление колоссальное—0,287. Плотность варьирует от 4,18 до 4,25, а твердость — около 6 по шкале Мооса. Весьма близкие величины получены и для почти бесцветных синтетических камней, плотность которых равна 4,23.

Анатаз также оптически одноосный минерал, но оптический знак его отрицательный. Значения показателей преломления ниже чем у рутила,— необыкновенный и обыкновенный показатели преломления равны 2,493 и 2,554 соответственно. Двупреломление значительно меньше, чем у рутила,— 0,061. Плотность также ниже и колеблется от 3,82 до 3,95.

Брукит обладает своеобразными оптическими свойствами. Это двуосный положительный минерал, но угол оптических осей у него равен 55° для красного света литиевого пламени, уменьшается до 30° для желтого света натрового пламени и сокращается до 0° для желтовато-зеленого света, так что для этого света кристалл становится оптически одноосным; он вновь становится двуосным с углом 34° для зеленого таллиевого пламени, но этот угол открывается в перпендикулярной плоскости. Наименьший и наибольший показатели преломления равны 2,583 и 2,741. Двупреломление равно 0,158. Оптические свойства брукита являются промежуточными между свойствами рутила и анатаза. Плотность колеблется от 3,87 до 4,01, а твердость — от 5 до 6 по шкале Мооса.

Из этих трех минералов рутил наиболее широко распространен, а анатаз в целом встречается чаще, чем брукит (имеются виду драгоценные разновидности). Ограненный синтетический рутил можно определить на глаз по его большой дисперсии и большому двупреломлению.