Neodymoxid har en bred vifte af anvendelser inden for optik, primært på grund af dets unikke optiske egenskaber. Det er et vigtigt råmateriale i fremstillingen af lasermaterialer, og de resulterende neodymoxidkrystaller har høje lasertværsnit og lang levetid. Disse egenskaber gør neodymoxid ideel til fremstilling af optiske enheder såsom lasere og fiberforstærkere.
Neodymoxid bruges også til fremstilling af neodymglas. Neodymiumionerne i dette glas er afgørende for generering af højenergilasere, som markant forstærker svag laserenergi. Dette gør det til et af de mest kraftfulde lasermedier til rådighed, der er i stand til at udsende den højeste energi på Jorden. Neodymiumglas spiller en afgørende rolle i laserapplikationer på tværs af videnskabelig forskning, industri og andre områder, herunder laserskæring og lasersvejsning.
Derudover bruges neodymoxid til at skabe specielle optiske linser, der filtrerer specifikke bølgelængder af lys. Disse linser findes almindeligvis i laserapplikationer, såsom stregkodescannere, medicinsk udstyr og laserpointere.
Ydermere har neodym-doterede fosfor betydelige anvendelser i optik. Når de exciteres af specifikke bølgelængder eller energikilder, udsender disse fosfor lys og bruges i vid udstrækning i produktionen af højkvalitets tv-skærme, computerskærme og fluorescerende lamper. De hjælper med at producere lyse, levende skærmeffekter, samtidig med at energieffektiviteten bevares.