Tlenek holmujest związkiem złożonym z pierwiastków ziem rzadkich holmu i tlenu, o wzorze chemicznym Ho2O3. Tlenek holmu pojawia się jako jasnożółty lub żółty proszek w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem, a jego kolor może się zmieniać w zależności od warunków oświetleniowych. Na przykład pod wpływem światła słonecznego tlenek holmu może wydawać się jasnożółty, podczas gdy pod wpływem trójkolorowych źródeł światła może wydawać się mocno pomarańczowo-czerwony. Ta zmiana koloru jest związana z pasmem emisji fosforescencji i defektami sieci krystalicznej tlenku holmu. Ponadto gęstość tlenku holmu jest stosunkowo wysoka, na ogół między 8.168.36 g/cm³, przy bardzo wysokiej temperaturze topnienia wynoszącej 23672415 stopni i wyższej temperaturze wrzenia wynoszącej około 3900 stopni. Tlenek holmu jest stosunkowo stabilnym związkiem, ale może również ulegać reakcjom chemicznym w określonych warunkach. Jest nierozpuszczalny w wodzie, ale rozpuszczalny w kwasach, takich jak kwas nadchlorowy. Ta rozpuszczalność daje tlenku holmu wyjątkową zaletę w przygotowywaniu niektórych konkretnych roztworów lub w reakcjach chemicznych. Ponadto tlenek holmu ma również silny paramagnetyzm, co czyni go jedną z substancji znanych z najsilniejszego paramagnetyzmu. Ta właściwość sprawia, że ma on potencjalną wartość aplikacyjną w dziedzinie materiałów magnetycznych.
Tlenek holmumoże być używany do przygotowywania specjalnego kolorowego szkła. Szkło zawierające tlenek holmu wykazuje szereg ostrych pików absorpcyjnych w zakresie światła widzialnego, które nadają szkłu unikalny efekt kolorystyczny. Dlatego tlenek holmu jest często używany jako żółty i czerwony środek barwiący szkło.
Ze względu na ostre piki absorpcyjne szkła i roztworów zawierających tlenek holmu w określonym zakresie długości fal, te piki absorpcyjne mogą być używane jako standardy do kalibracji spektrofotometrów. To zastosowanie sprawia, że tlenek holmu odgrywa ważną rolę w analizie widmowej.
Tlenek holmu można również wykorzystać do produkcji nowych źródeł światła - lamp dysprozowo-holmowych. Lampy dysprozowo-holmowe mają unikalne charakterystyki widmowe i wydajność świetlną i są szeroko stosowane w oświetleniu, wyświetlaczach i innych dziedzinach.
Podobnie jak inne pierwiastki ziem rzadkich, tlenek holmu jest również stosowany jako specjalny katalizator i materiał laserowy. Długość fali lasera holmowego wynosi około 2,08 μm, co jest nieszkodliwe dla oczu i może być stosowane w takich dziedzinach jak medycyna, radar optyczny, pomiar prędkości wiatru i monitorowanie atmosfery.
Ponadto,tlenek holmumoże być również stosowany jako dodatek do granatu itrowo-żelazowego lub itrowo-glinowego oraz jako surowiec do produkcji metalicznego holmu.