Los nanotubos de dióxido de titanio (TiO2-NTs) han llamado la atención en los últimos años debido a su amplia gama de propiedades tales como la actividad eléctrica, óptica, fotocatalítica y la compatibilidad biológica, entre otras. En este trabajo, se sintetizaron TiO2-NTs con un diámetro promedio entre 65-100 nm mediante la vía hidrotérmica y se caracterizaron física, química y biológicamente (SEM, XRD, FTIR y cultivo in vitro), encontrándose otras estructuras como nanohojas y microtubos. Condiciones de síntesis como pretramiento de precursores, concentración de NaOH y tiempo de reacción se estudiaron a través de dos diseños experimentales con el fin de obtener morfologías y tamaños óptimos. Se propuso un mecanismo de crecimiento para comprender la formación de nanotubos. Finalmente, el material obtenido fue usado como catalizador en la fotodegradación del colorante azo Orange II, obteniendo así una superficie de respuesta con un valor de degradación del 97% a pH 8, con concentración de H2O2 de 1,5 g/L y una concentración de colorante inicial de 25 ppm.