A titánötvözetek olyan titánalapú ötvözetek, amelyeket más elemekkel egészítenek ki. A titánnak két izomorf kristálya van: szorosan záródó, hatszögletű α-titán 882 °C alatt, és testközpontú köbös β-titán 882 °C felett.
Az ötvözőelemek a fázisátalakulási hőmérsékletre gyakorolt hatásuk szerint három kategóriába sorolhatók:
①Az α fázist stabilizáló és a fázisátalakulási hőmérsékletet növelő elemek az α stabilizáló elemek, mint például az alumínium, a szén, az oxigén és a nitrogén. Közülük az alumínium a titánötvözet fő ötvözőeleme, amely nyilvánvalóan javítja az ötvözet' normál hőmérsékletét és magas hőmérsékleti szilárdságát, csökkenti a fajsúlyt és növeli a rugalmassági modulust.
②A β fázist stabilizáló és a fázisátalakulási hőmérsékletet csökkentő elem a β-stabilizáló elem, amely két típusra osztható: izomorf és eutektoid. Az előbbiek közé tartozik a molibdén, nióbium, vanádium stb.; ez utóbbiak közé tartozik a króm, mangán, réz, vas, szilícium és így tovább.
③ A fázisátalakulási hőmérsékletet csekély mértékben befolyásoló elemek a semleges elemek, mint például a cirkónium és az ón.
A titánötvözetek fő szennyeződései az oxigén, a nitrogén, a szén és a hidrogén. Az α fázisban az oxigén és a nitrogén jobban oldódik, ami jelentős erősítő hatással bír a titánötvözetre, de csökkenti a plaszticitást. Általában előírják, hogy a titán oxigén- és nitrogéntartalma 0,15-0,2%, illetve 0,04-0,05% vagy kevesebb. A hidrogén oldhatósága az α-fázisban nagyon kicsi, és a titánötvözetben feloldott túl sok hidrogén hidrideket termel, amelyek törékennyé teszik az ötvözetet. Általában a titánötvözetek hidrogéntartalmát 0,015% alá szabályozzák. A hidrogén feloldódása a titánban reverzibilis, és vákuum lágyítással eltávolítható.