氧化物类似，三氧化二铽有两种晶体结构。较稳定的一种结构是缺陷萤石型结构（结构），晶格参数 a = 10.72 Å。 另一种结构则为单斜晶系，可在熔融氧化铽／氧化镁结晶时生成。三氧化二铽用钙掺杂后是一种p型半导体。
制备.单质铽与氧气化合时产生七氧化四铽，因此三氧化二铽不能通过单质化合来制备。它一般是通过用氢气还原七氧化四铽而制得（1300°C，24小时）。
用途.纯三氧化二铽的用途很少。它可用作制取七氧化四铽的原料。