Gadoliniumoksider mye brukt i det medisinske feltet hovedsakelig fordi det spiller en avgjørende rolle i magnetisk resonansavbildning (MRI) kontrastmidler og produksjon av medisinsk utstyrskomponenter. I MR-kontrast er gadoliniumoksid et nøkkelråmateriale for å produsere kontrastmidler. Gadoliniumioner kan forkorte avslapningstiden til protoner i omkringliggende vev, og forbedre bildekontrasten betydelig, noe som bidrar til å tydelig observere hjernesvulster, vaskulære lesjoner, mageorganlesjoner og så videre. Det er avgjørende for tidlig diagnose og presis behandling av sykdommer. Dessuten har nye gadoliniumbaserte nanokontrastmidler også muligheter for bruk i banebrytende felt som molekylær avbildning. Når det gjelder komponenter for medisinsk utstyr, har den god motstand mot høye temperaturer og korrosjonsbestandighet. Den kan brukes til å lage skjermingsmaterialer i røntgenutstyr og strålebehandlingsutstyr for å redusere strålelekkasje og sikre personellets sikkerhet. Den brukes også i noen medisinske sensorer med høy presisjon, som kan forbedre stabiliteten og følsomheten til sensorene og brukes til å oppdage svake signaler i levende organismer.