وتستند سبيكة التيتانيوم على التيتانيوم وعناصر أخرى. هناك نوعان من بلورات المتينة المتجانسة: α التيتانيوم مع هيكل سداسية مُعبأة قريبة تحت 882 درجة مئوية والتيتانيوم مع هيكل مكعب مركز للجسم فوق 882 درجة مئوية.
يمكن تقسيم عناصر سبيكة إلى ثلاثة أنواع وفقا لآثارها على درجة حرارة التحول
(1) العناصر التي تعمل على تثبيت مرحلة α وزيادة درجة حرارة المرحلة الانتقالية هي عناصر α مستقرة، بما في ذلك الألومنيوم والكربون والأكسجين والنيتروجين. الألومنيوم هو العنصر الرئيسي سبيكة في سبائك التيتانيوم، والتي لها تأثير واضح على تحسين قوة في درجة حرارة الغرفة ودرجة الحرارة العالية، والحد من الجاذبية المحددة وزيادة معامل مرن.
(2) العناصر التي تستقر المرحلة β وتخفض درجة حرارة المرحلة الانتقالية هي β عناصر مستقرة، والتي يمكن تقسيمها إلى أشكال isomorphic وeutectoid. وتشمل الأولى الموليبدينوم والنيوبيوم والفاناديوم؛ وتشمل هذه الأخيرة الكروم والمنغنيز والنحاس والحديد والسيليكون.
(3) العناصر التي يكون لها تأثير يذكر على درجة حرارة المرحلة الانتقالية هي عناصر محايدة، مثل الزركونيوم والقصدير.
الأكسجين والنيتروجين والكربون والهيدروجين هي الشوائب الرئيسية في سبائك التيتانيوم. الأكسجين والنيتروجين لديها أعلى الذوبان في مرحلة α، والتي يمكن أن تعزز بشكل كبير سبائك التيتانيوم، ولكن تقلل من اللدونة. عموما، محتوى الأكسجين والنيتروجين في التيتانيوم هو أقل من 0.15-0.2٪ و 0.04-0.05٪ على التوالي. ذوبان الهيدروجين في مرحلة α صغيرة جدا، والكثير من الهيدروجين المذاب في سبائك التيتانيوم سوف تنتج هيدريد وجعل سبيكة هشة. عموما، يتم التحكم في محتوى الهيدروجين في سبائك التيتانيوم أقل من 0.015٪. إنحلال الهيدروجين في التيتانيوم قابل للعكس ويمكن إزالته عن طريق الضم الفراغي.
