Titanove zlitine so zlitine na osnovi titana, dodan z drugimi elementi. Titan ima dva izomorfna kristala: tesno zvit heksagonalni α titan pri temperaturi pod 882 °C in na telo osredotočen kubični β titan nad 882 °C.
Legirne elemente lahko razdelimo v tri kategorije glede na njihov vpliv na temperaturo faznega prehoda:
①Elementi, ki stabilizirajo α fazo in povečajo temperaturo faznega prehoda, so α stabilizirajoči elementi, kot so aluminij, ogljik, kisik in dušik. Med njimi je aluminij glavni zlitin element titanove zlitine, ki ima očitne učinke na izboljšanje normalne temperature in visokotemperaturne trdnosti zlitine', zmanjšanje specifične teže in povečanje modula elastičnosti.
②Element, ki stabilizira β fazo in znižuje temperaturo faznega prehoda, je β-stabilizacijski element, ki ga lahko razdelimo na dve vrsti: izomorfni in evtektoidni. Prvi vključuje molibden, niobij, vanadij itd.; slednji vključujejo krom, mangan, baker, železo, silicij in tako naprej.
③ Elementi, ki imajo majhen vpliv na temperaturo faznega prehoda, so nevtralni elementi, kot sta cirkonij in kositer.
Kisik, dušik, ogljik in vodik so glavne nečistoče v titanovih zlitinah. Kisik in dušik imata večjo topnost v α fazi, kar močno krepi titanovo zlitino, vendar zmanjšuje plastičnost. Običajno je določeno, da je vsebnost kisika in dušika v titanu 0,15-0,2% oziroma 0,04-0,05% ali manj. Topnost vodika v α fazi je zelo majhna in preveč vodika, raztopljenega v titanovi zlitini, bo proizvedlo hidride, zaradi česar bo zlitina krhka. Na splošno je vsebnost vodika v titanovih zlitinah nadzorovana pod 0,015 %. Raztapljanje vodika v titanu je reverzibilno in ga je mogoče odstraniti z vakuumskim žarjenjem.