鈦合金是以鈦元素為基加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質異晶體：鈦是同素異構體，熔點為1668℃，在低于882℃時呈密排六方晶格結構，稱為α-鈦；在882℃以上呈體心立方品格結構，稱為β-鈦。利用鈦的上述兩種結構的不同特點，添加適當的合金元素，使其相變溫度及組分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金（titanium alloys）。
合金元素根據它們對相變溫度的影響可分為三類：①穩定α相、提高相轉變溫度的元素為α穩定元素，有鋁、碳、氧和氮等。其中鋁是鈦合金主要合金元素，它對提高合金的常溫和高溫強度、降低比重、增加彈性模量有明顯效果。②穩定β相、降低相變溫度的元素為β穩定元素，又可分同晶型和共析型二種。前者有鉬、鈮、釩等；后者有鉻、錳、銅、鐵、硅等。③對相變溫度影響不大的元素為中性元素，有鋯、錫等。
氧、氮、碳和氫是鈦合金的主要雜質。氧和氮在α相中有較大的溶解度，對鈦合金有顯著強化效果，但卻使塑性下降。通常規定鈦中氧和氮的含量分別在0.15-0.2％和0.04-0.05％以下。氫在α相中溶解度很小，鈦合金中溶解過多的氫會產生氫化物，使合金變脆。通常鈦合金中氫含量控制在0.015％以下。氫在鈦中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去