Telah dilakukan karakterisasi lapisan tipis titanium dioksida (TiO2) yang ditumbuhkan dengan metode sol-gel dip coating. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa pengaruh waktu tahan pada proses anil terhadap fasa kristal, ukuran butir kristal, morfologi permukaan dan celah pita optik lapisan tipis TiO2. Lapisan tipis TiO2 dipreparasi menggunakan serbuk titanium dioksida (TiO2) yang dilarutkan dengan etanol. Kemudian larutan diaduk menggunakan magnetic stirrer selama 35 menit. Proses deposisi dilakukan dengan mencelupkan substrat kaca ke dalam larutan TiO2 dengan kecepatan ± 1,5 cm/detik. Proses anil dilakukan dengan variasi waktu tahan berlangsung selama 30, 60, 90 dan 120 menit dengan temperatur konstan sebesar 550oC. Lapisan tipis TiO2 yang dihasilkan dikarakterisasi menggunakan x-ray diffractometer (XRD), scanning electron microscopy (SEM) dan spektroskopi UV-Vis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa waktu tahan berpengaruh terhadap tranformasi fasa kristal lapisan tipis TiO2. Fasa yang muncul pada lapisan tipis TiO2 adalah fasa anatase dan rutile. Namun variasi waktu tahan yang digunakan dalam penelitian ini belum menunjukkan pengaruhnya terhadap ukuran kristal lapisan tipis TiO2. Ukuran butir kristal dari lapisan tipis TiO2 relatif sama, yaitu sekitar 43 nm. Hasil foto SEM menunjukkan morfologi permukaan lapisan tipis TiO2 semakin rata dengan bertambahnya waktu tahan. Ketebalan lapisan tipis TiO2 sekitar 6 µm. Celah pita optik lapisan tipis TiO2 diperoleh sebesar 3,29 eV.