La lega di titanio è basata su titanio e altri elementi. Esistono due tipi di cristalli omogenei di titanio: α titanio con struttura esagonale compatta al di sotto di 882 ℃ e β titanio con struttura cubica centrata sul corpo superiore a 882 ℃.
Gli elementi in lega possono essere suddivisi in tre tipologie in base ai loro effetti sulla temperatura di trasformazione
① Gli elementi che stabilizzano la fase α e aumentano la temperatura di transizione di fase sono elementi α stabili, inclusi alluminio, carbonio, ossigeno e azoto. L'alluminio è l'elemento principale della lega in lega di titanio, che ha un evidente effetto sul miglioramento della resistenza a temperatura ambiente e alta temperatura, riducendo il peso specifico e aumentando il modulo elastico.
② Gli elementi che stabilizzano la fase β e riducono la temperatura di transizione di fase sono elementi β stabili, che possono essere suddivisi in forme isomorfe ed eutettoidi. Il primo include molibdeno, niobio e vanadio; quest'ultimo comprende cromo, manganese, rame, ferro e silicio.
③ Gli elementi che hanno scarso effetto sulla temperatura di transizione di fase sono elementi neutri, come lo zirconio e lo stagno.
Ossigeno, azoto, carbonio e idrogeno sono le principali impurità nella lega di titanio. L'ossigeno e l'azoto hanno una maggiore solubilità nella fase α, che può rafforzare significativamente la lega di titanio, ma diminuire la plasticità. Generalmente, il contenuto di ossigeno e azoto nel titanio è inferiore rispettivamente allo 0,15-0,2% e allo 0,04-0,05%. La solubilità dell'idrogeno nella fase α è molto piccola, troppo idrogeno disciolto nella lega di titanio produrrà idruro e renderà la lega fragile. Generalmente, il contenuto di idrogeno nella lega di titanio è controllato al di sotto dello 0,015%. La dissoluzione dell'idrogeno nel titanio è reversibile e può essere rimossa mediante ricottura sotto vuoto.
