Neodīma oksīdam ir plašs pielietojums optikas jomā, galvenokārt pateicoties tā unikālajām optiskajām īpašībām. Tas ir svarīgs izejmateriāls lāzera materiālu sagatavošanā, un iegūtajiem neodīma oksīda kristāliem ir augsts lāzera šķērsgriezums un ilgs kalpošanas laiks. Šīs īpašības padara neodīma oksīdu ideāli piemērotu optisko ierīču, piemēram, lāzeru un šķiedru pastiprinātāju, ražošanai.
Neodīma oksīdu izmanto arī neodīma stikla ražošanai. Neodīma joni šajā stiklā ir ļoti svarīgi augstas enerģijas lāzeru ģenerēšanai, ievērojami pastiprinot vāju lāzera enerģiju. Tas padara to par vienu no jaudīgākajiem pieejamajiem lāzera medijiem, kas spēj izvadīt augstāko enerģiju uz Zemes. Neodīma stiklam ir būtiska nozīme lāzera lietojumos zinātniskajā pētniecībā, rūpniecībā un citās jomās, tostarp lāzergriešanas un lāzermetināšanas jomā.
Turklāt neodīma oksīdu izmanto, lai izveidotu īpašas optiskās lēcas, kas filtrē noteiktus gaismas viļņu garumus. Šīs lēcas parasti atrodamas lāzera lietojumos, piemēram, svītrkodu skeneros, medicīnas iekārtās un lāzera rādītājos.
Turklāt ar neodīmu leģētiem fosforiem ir ievērojams pielietojums optikā. Ja tos ierosina noteikti viļņu garumi vai enerģijas avoti, šie fosfori izstaro gaismu un tiek plaši izmantoti augstas kvalitātes televīzijas ekrānu, datoru displeju un dienasgaismas spuldžu ražošanā. Tie palīdz radīt spilgtus, spilgtus displeja efektus, vienlaikus saglabājot energoefektivitāti.