תחמוצת גדוליניוםנמצא בשימוש נרחב בתחום הרפואי בעיקר משום שהוא ממלא תפקיד מכריע בחומרי ניגוד בהדמיית תהודה מגנטית (MRI) ובייצור רכיבי ציוד רפואי. בניגוד ל-MRI, תחמוצת גדוליניום היא חומר גלם מרכזי לייצור חומרי ניגוד. יוני גדוליניום יכולים לקצר את זמן הרפיה של פרוטונים ברקמות הסובבות, ולשפר משמעותית את ניגודיות התמונה, מה שעוזר לצפות בבירור בגידולי מוח, נגעים בכלי הדם, נגעים באיברי הבטן וכן הלאה. זה חיוני לאבחון מוקדם וטיפול מדויק במחלות. יתר על כן, לחומרי ניגוד ננו חדשים מבוססי גדוליניום יש גם סיכויי יישום בתחומים חדשניים כגון הדמיה מולקולרית. במונחים של רכיבי ציוד רפואי, יש לו עמידות טובה בטמפרטורה גבוהה ועמידות בפני קורוזיה. זה יכול לשמש לייצור חומרי מיגון בציוד רנטגן וציוד לטיפול בקרינה כדי להפחית את דליפת הקרינה ולהבטיח את בטיחות הצוות. הוא משמש גם בכמה חיישנים רפואיים בעלי דיוק גבוה, שיכולים לשפר את היציבות והרגישות של החיישנים ומשמשים לאיתור אותות חלשים באורגניזמים חיים.