תחמוצת נאודימיום(III)או neodymium sesquioxide היא התרכובת הכימית המורכבת מנאודימיום וחמצן עם הנוסחה Nd2O3. הוא מסיס בחומצה ואינו מסיס במים. הוא יוצר גבישי משושה אפרפר-כחול בהירים מאוד. תערובת אדמה נדירה דידימיום, שנחשבה בעבר כאלמנט, מורכבת חלקית מתחמוצת ניאודימיום(III).
אוקסיד ניאודימיוםהוא מקור ניאודימיום יציב תרמית בלתי מסיס ביותר המתאים ליישומי זכוכית, אופטיקה וקרמיקה. היישומים העיקריים כוללים לייזרים, צביעת זכוכית וצביעה, ודיאלקטריות. אוקסיד ניאודימיום זמין גם בכדורים, חתיכות, מטרות מקרטעות, טבליות וננו-אבקה.