En el presente trabajo se sintetizaron nanopartículas de dióxido de titanio en fase anatasa dopadas con azufre por el método sol-gel asistido por ultrasonido. El azufre se incorporó a las nanopartículas utilizando disulfuro de titanio como precursor con el propósito de reducir el ancho de banda de energía prohibida que posee la anatasa. Las nanopartículas sintetizadas mostraron actividad fotocatalítica al degradar azul de metileno bajo radiación ultravioleta, así como en el espectro visible (~460nm). Esta absorción concuerda con la reducción de la brecha energética predicha (28–42%) mediante cálculos computacionales a partir de la teoría de funcionales de la densidad. Los resultados de aracterización indicaron que a mayor proporción de disulfuro de titanio empleado en la síntesis se obtuvieron nanopartículas con formas más irregulares y de mayor grado de distorsión estructural respecto a la anatasa pura. La misma tendencia se encontró en las estructuras optimizadas computacionalmente las cuales exhibieron un incremento de 50–94% en la distancia entre las capas de átomos de titanio conforme se aumentó el número de átomos de azufre en la celda. Además de la degradación del azul de metileno se observó su adsorción, la descripción de éste fenómeno se realizó por medio de la estimación de la energía de interacción entre la molécula de azul de metileno y el azufre superficial (82–102 kcal/mol), valor que corresponde a radiación ultravioleta requerida para su desorción.