Một số phương pháp được biết đến để tổng hợp các hạt nano gadolini(III) oxit, chủ yếu dựa trên sự kết tủa của gadolini(III) hydroxide bởi phản ứng của các ion gadolini với hydroxide, tiếp theo là loại bỏ lượng nước để tạo oxit. Các hạt nano luôn được phủ một vật liệu bảo vệ để tránh sự hình thành các kết tinh đa tinh thể lớn hơn.[4][5][6]