A titánötvözet titánon és más elemeken alapul. Kétféle homogén titánkristály létezik: α titán, szorosan csomagolt, hatszögletű szerkezettel 882 ℃ alatt, és β titán, amelynek testközpontú köbös szerkezete 882 ℃ felett van.
Az ötvözet elemek három típusra oszthatók az átalakulási hőmérsékletre gyakorolt hatásuk szerint
① Az α-fázist stabilizáló és a fázisátmeneti hőmérsékletet növelő elemek α-stabil elemek, beleértve az alumíniumot, a szenet, az oxigént és a nitrogént. Az alumínium a titánötvözet főötvözet-eleme, amelynek nyilvánvaló hatása van a szilárdság javítására szobahőmérsékleten és magas hőmérsékleten, a fajsúly csökkentésével és a rugalmassági modulus növelésével.
② A β-fázist stabilizáló és a fázisátmeneti hőmérsékletet csökkentő elemek β-stabil elemek, amelyek izomorf és eutektoid formákra oszthatók. Az előbbi közé tartozik a molibdén, a nióbium és a vanádium; ez utóbbi magában foglalja a krómot, a mangánt, a rézet, a vasat és a szilíciumot.
③ A fázisátmeneti hőmérsékletet csekély mértékben befolyásoló elemek semleges elemek, például cirkónium és ón.
Az oxigén, a nitrogén, a szén és a hidrogén a fő szennyeződés a titánötvözetben. Az oxigén és a nitrogén oldhatósága nagyobb az α fázisban, ami jelentősen megerősítheti a titánötvözetet, de csökkentheti a plaszticitást. A titán oxigéntartalma általában 0,15-0,2%, illetve 0,04-0,05%. A hidrogén oldhatósága az a-fázisban nagyon kicsi, a titánötvözetben oldott hidrogén túl sok hidridet eredményez, és az ötvözet törékennyé válik. Általában a titánötvözet hidrogén-tartalmát 0,015% alatt szabályozzák. A hidrogén titánban történő oldódása reverzibilis, és vákuum-izzítással eltávolítható.
