Dans les cosmétiques, le CI 77891 est généralement considéré comme sûr. Cependant, son innocuité a été remise en question, notamment lorsqu'il est inhalable comme il peut l'être sous forme de poudre. En effet, il est considéré comme cancérigène possible chez l'Homme (catégorie 2B) depuis 2006 par le Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC), en grande partie en raison d'études qui ont révélé une augmentation des cancers du poumon dus à une exposition par inhalation chez les animaux.
En effet, dans son rapport de 2011, l'ANSM indique que l'exposition par inhalation à de fortes doses de TiO2 favorise l'apparition de cancer du poumon chez le rat, par un effet indirect de stress oxydant génotoxique. Il note néanmoins que ces résultats ne sont pas transposables aux cosmétiques, car dans ce dernier cas, l'exposition est cutanée. Toutefois, il faut préciser qu'un tel risque semble principalement se produire en milieu professionnel lors de la production de poudres de TiO2 et de la fabrication des produits en contenant.
D'un autre côté, d'autres études ont évalué l'effet cancérigène du TiO2 par administration intratrachéale et les résultats ont montré aucune augmentation significative de l'incidence des tumeurs chez les différents modèles animaux traités (souris, rats, hamsters). En outre, le risque semble exister que si une quantité importante de poudre de dioxyde de titane est inhalée. De plus, KREYLING W. et ses collègues ont rapporté dans une étude de 2008 que les macrophages alvéolaires (phagocytes) éliminent efficacement les particules de TiO2 de taille micrométrique (3 à 6 μm) chez les rats qui ont été exposés à des poudres de dioxyde de titane par inhalation.
Les preuves de la cancérogénicité du dioxyde de titane sont ainsi limitées et pas suffisantes. D'autres expériences doivent être effectuées afin d'apporter des données toxicologiques et d'exposition humaine pertinentes pour une évaluation fiable des dangers.