Neodymoksid har et bredt spekter av bruksområder innen optikk, først og fremst på grunn av dets unike optiske egenskaper. Det er et viktig råmateriale i fremstillingen av lasermaterialer, og de resulterende neodymoksidkrystallene har høye lasertverrsnitt og lang levetid. Disse egenskapene gjør neodymoksid ideell for produksjon av optiske enheter som lasere og fiberforsterkere.
Neodymoksid brukes også til å produsere neodymglass. Neodymiumionene i dette glasset er avgjørende for å generere høyenergilasere, som betydelig forsterker svak laserenergi. Dette gjør det til et av de kraftigste lasermediene som er tilgjengelige, i stand til å gi den høyeste energien på jorden. Neodymglass spiller en viktig rolle i laserapplikasjoner på tvers av vitenskapelig forskning, industri og andre felt, inkludert laserskjæring og lasersveising.
I tillegg brukes neodymoksid til å lage spesielle optiske linser som filtrerer spesifikke bølgelengder av lys. Disse linsene finnes ofte i laserapplikasjoner, som strekkodeskannere, medisinsk utstyr og laserpekere.
Videre har neodym-dopet fosfor betydelige anvendelser innen optikk. Når de blir begeistret av spesifikke bølgelengder eller energikilder, avgir disse fosforene lys og er mye brukt i produksjon av høykvalitets TV-skjermer, dataskjermer og lysrør. De bidrar til å produsere lyse, levende skjermeffekter samtidig som de opprettholder energieffektiviteten.