高強度
チタン合金の密度は一般に約4.51g/cm3で、これは鋼鉄の60％に過ぎませんが、一部の高強度チタン合金は多くの合金構造用鋼の強度を超えています。そのため、チタン合金の比強度（強度/密度）は他の金属構造材料よりもはるかに高く、単位強度が高く、剛性が良く、軽量な部品を製造できます。チタン合金は、航空機のエンジン部品、スケルトン、スキン、ファスナー、着陸装置などに使用されています。
高い熱強度
使用温度はアルミニウム合金より数百度高く、中温でも必要な強度を維持でき、450～500度の温度で長時間作動できます。この2種類のチタン合金は150度～500度の範囲で依然として高い比強度を持ちますが、アルミニウム合金の比強度は150度で大幅に低下します。チタン合金の動作温度は500度に達することがありますが、アルミニウム合金は200度以下に達することがあります。
優れた耐腐食性
チタン合金は、湿気の多い雰囲気や海水媒体で機能し、ステンレス鋼よりも耐食性がはるかに優れており、孔食、酸エッチング、応力腐食に対する耐性が特に強く、アルカリ、塩化物、塩素系有機物、硝酸、硫酸などに対する耐食性が優れています。ただし、チタンは還元酸素やクロム塩媒体に対する耐食性が低いです。
優れた低温性能
チタン合金は、低温および極低温でも機械的特性を維持できます。TA7 などの低温特性が良好で侵入元素が非常に少ないチタン合金は、-253 度で一定の可塑性を維持できます。そのため、チタン合金は重要な低温構造材料でもあります。
化学的に活性
チタンは化学活性が大きく、大気中のO2、N2、H2、CO、CO2、水蒸気、アンモニアなどと強い化学反応を起こします。炭素含有量が0.2％を超えると、チタン合金に硬いTiCが形成され、温度が高いとNとの相互作用によりTiNの硬い表面層も形成されます。炭素含有量が600度を超えると、チタンは酸素を吸収して高硬度の硬化層を形成し、水素含有量が増加すると脆性層も形成されます。ガス吸収によって生成される硬くて脆い表面層の深さは0.1〜0.15 mmに達し、硬化度は20％〜30％です。チタンは化学親和性も高く、摩擦面に付着しやすいです。