本发明公开了一种二氧化钛复合材料及其制备方法和应用。其核心为颗粒状载体，载体的外面为第一包覆层，在第一包覆层的外面再包覆第二包覆层，在第二包覆层的外面可以包覆第三包覆层，也可以不包第三层。第一包覆层为致密的隔离层，阻止载体中的杂质元素在煅烧过程中不会迁移到表层的二氧化钛晶格中，从而保证二氧化钛晶格的完整性。第二包覆层为功能层，其成分为二氧化钛，利用二氧化钛的高白度和高折射率。第三包覆层的作用是对表层二氧化钛进行钝化处理，消除二氧化钛的光催化性，提高其耐候性和表面光泽。本发明的二氧化钛复合材料主要用于纸张的加填和涂布。其添加重量大大低于常规的方法制备的二氧化钛，从而大大降低了生产成本。