硝酸铽曾用于稀土元素的分级结晶分离工作中，还可用于制备稀土元素配合物等。应用举例如下：
1. 硝酸铽与1，1，1′，1′-四(吡啶-2-羧酸酯基)联三甲基丙烷配合物：稀土离子具有独特的电子结构和成键特征， 配位数高且多变，因而稀土配合物能表现出独特的光、电、磁性质。目前， 设计和合成含有稀土离子的功能配合物作为发光分子器件和荧光探针是配位化学和超分子化学等研究领域的热点课题。一种新颖的四足配体1，1，1′，1′-四(吡啶-2-羧酸酯基)联三甲基丙烷(L)及其Tb的配合物。元素分析结果表明配体与稀土离子形成1∶1型配合物；由配合物的红外光谱推测在配合物中配体L4条侧链上的吡啶羧酸酯端基同时以吡啶氮原子和羰基氧原子与Tb3+配位，骨架醚氧原子未参与配位，部分硝酸根离子以双齿形式与Tb3+结合；摩尔电导和热分析结果表明，配合物的组成为[Tb L(NO3)](NO3)2·2H2O；在紫外光激发下，配合物发出较强的Tb3+特征荧光；配合物中Tb3+5D4能级的荧光寿命较长。
2. 一种氧化铽组装碳纳 米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1）氧化铽溶于浓硝酸中，制备硝酸铽晶体，室温下，硝酸铽晶体与浓硝酸混合，加入碳纳米管，超声分散，在120～140℃的油浴中回流3～8小时，当被回流的混合物温度降到室温时，用浓度为15～70mol/l的碱溶液进行滴定，至溶液的pH值为8～10，滤膜过滤，滤出物用去离子水多次洗涤后，进一步在 60～100℃下干燥5～12小时，获得氢氧化铽组装的碳纳米管；
2）将步骤1）获得的氢氧化铽组装的碳纳米管在惰性气氛中，从室温升至250℃，在250℃保持1～2小时后，再升温至400～700℃，保持0.5～3 小时，在惰性气氛下冷却至室温，即为三氧化二铽组装的碳纳米管复合材料。
其中所述的硝酸铽晶体与浓硝酸在400～800转/分钟的转速下搅拌混合；所述的碱溶液包括氨水、氢氧化钠、氢氧化钾等可溶性碱中的一种或其混合物；所述的碱溶液优选氨水；所述的碳纳米管的平均管径为20～40nm的多壁碳纳米管；所述的硝酸铽晶体的摩尔数与浓硝酸的体积比为：1～3mol/L；所述的硝酸铽晶体与碳纳米管的质量比为：2～4∶1；所用的滤膜滤孔直径范围是0.4～1.2μm；所述的惰性气氛为氮气，氩气或氖气中的一种或几种，惰性气体的流量为 0.5～5升/分钟，升温速度为3～10℃/分钟。