本发明公开了一种球形二氧化钛陶瓷颗粒及其制备方法和应用，该制备方法包括：将阴离子交换树脂加入至纳米水合二氧化钛中，搅拌、过滤分离树脂，将纳米水合二氧化钛悬浊液加入到油相液中，油相液为沸点高于100℃且与水不发生互溶的有机物，在油相液中加入乳化剂，搅拌分散获得乳浊液，加热升温，使悬浊液中的水分充分减压蒸发后过滤，滤饼使用有机溶剂冲洗除去油相液，烘干后得到球状水合二氧化钛胚体；将球状水合二氧化钛胚体煅烧、研磨，得到球形二氧化钛陶瓷颗粒。本发明成本低廉，节能环保，生产工艺简单，可实现大规模量产。制备的微米级二氧化钛颗粒纯度高、粒径均一可控、球形度高，比表面小，可有效避免界面结合不佳将会导致介电损耗。