ThO₂ (Thoriumdioxid) kristallisiert in der Fluoritstruktur, die auch als CaF₂-Struktur bekannt ist. In dieser Struktur hat jedes Thoriumatom eine Koordinationszahl von 8, das heißt, es ist von 8 Sauerstoffatomen umgeben. Die Sauerstoffatome bilden ein kubisch flächenzentriertes Gitter, während die Thoriumatome die Lücken in diesem Gitter füllen.