Гадолиниев оксидсе използва широко в областта на медицината, главно защото играе решаваща роля в контрастните вещества за магнитен резонанс (MRI) и производството на компоненти за медицинско оборудване. В контраста с ЯМР гадолиниевият оксид е ключова суровина за производството на контрастни вещества. Гадолиниеви йони могат да съкратят времето за релаксация на протоните в околните тъкани, като значително подобряват контраста на изображението, което помага за ясното наблюдение на мозъчни тумори, съдови лезии, лезии на коремни органи и т.н. Той е жизненоважен за ранната диагностика и прецизното лечение на заболяванията. Освен това новите наноконтрастни агенти на базата на гадолиний също имат перспективи за приложение в авангардни области като молекулярно изобразяване. По отношение на компонентите на медицинското оборудване, той има добра устойчивост на висока температура и устойчивост на корозия. Може да се използва за производство на екраниращи материали в рентгеново оборудване и оборудване за лъчева терапия, за да се намали изтичането на радиация и да се гарантира безопасността на персонала. Използва се и в някои високопрецизни медицински сензори, които могат да подобрят стабилността и чувствителността на сензорите и се използват за откриване на слаби сигнали в живи организми.