โลหะผสมไทเทเนียมขึ้นอยู่กับไทเทเนียมและองค์ประกอบอื่น ๆ ผลึกไททาเนียมที่เป็นเนื้อเดียวกันมีสองชนิด ได้แก่ αไททาเนียมที่มีโครงสร้างหกเหลี่ยมปิดด้านล่าง 882 ℃และβไททาเนียมที่มีโครงสร้างลูกบาศก์ตรงกลางร่างกายสูงกว่า 882 ℃
องค์ประกอบโลหะผสมสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทตามผลกระทบต่ออุณหภูมิการเปลี่ยนแปลง
①องค์ประกอบที่ทำให้เฟสαคงที่และอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสเพิ่มขึ้นคือองค์ประกอบที่เสถียรαซึ่งรวมถึงอลูมิเนียมคาร์บอนออกซิเจนและไนโตรเจน อลูมิเนียมเป็นองค์ประกอบโลหะผสมหลักในโลหะผสมไททาเนียมซึ่งมีผลอย่างชัดเจนในการปรับปรุงความแข็งแรงที่อุณหภูมิห้องและอุณหภูมิสูงลดความถ่วงจำเพาะและเพิ่มโมดูลัสยืดหยุ่น
②องค์ประกอบที่ทำให้เฟสคงที่และลดอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสคือβองค์ประกอบที่เสถียรซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นรูปแบบไอโซมอร์ฟิกและยูเทคตอยด์ ในอดีตประกอบด้วยโมลิบดีนัมไนโอเบียมและวาเนเดียม หลัง ได้แก่ โครเมียมแมงกานีสทองแดงเหล็กและซิลิกอน
③องค์ประกอบที่มีผลเพียงเล็กน้อยต่ออุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสคือธาตุที่เป็นกลางเช่นเซอร์โคเนียมและดีบุก
ออกซิเจนไนโตรเจนคาร์บอนและไฮโดรเจนเป็นสิ่งสกปรกหลักในโลหะผสมไทเทเนียม ออกซิเจนและไนโตรเจนมีความสามารถในการละลายสูงกว่าในเฟสαซึ่งสามารถเสริมความแข็งแกร่งให้กับโลหะผสมไททาเนียมได้อย่างมีนัยสำคัญ แต่จะลดความเป็นพลาสติก โดยทั่วไปปริมาณออกซิเจนและไนโตรเจนในไทเทเนียมจะต่ำกว่า 0.15-0.2% และ 0.04-0.05% ตามลำดับ ความสามารถในการละลายของไฮโดรเจนในเฟสαมีขนาดเล็กมากไฮโดรเจนที่ละลายในโลหะผสมไททาเนียมมากเกินไปจะผลิตไฮไดรด์และทำให้โลหะผสมเปราะ โดยทั่วไปปริมาณไฮโดรเจนในโลหะผสมไททาเนียมจะถูกควบคุมให้ต่ำกว่า 0.015% การละลายของไฮโดรเจนในไทเทเนียมสามารถย้อนกลับได้และสามารถถอดออกได้โดยการหลอมด้วยสุญญากาศ
