Το κράμα τιτανίου βασίζεται σε τιτάνιο και άλλα στοιχεία. Υπάρχουν δύο είδη ομοιογενών κρυστάλλων τιτανίου: α τιτάνιο με στενή συσκευασμένη εξαγωνική δομή κάτω από 882 ℃ και β τιτάνιο με κεντρικό σώμα κυβική δομή πάνω από 882 ℃.
Τα στοιχεία κράματος μπορούν να χωριστούν σε τρεις τύπους ανάλογα με τις επιπτώσεις τους στη θερμοκρασία μετασχηματισμού
① Τα στοιχεία που σταθεροποιούν τη φάση α και αυξάνουν τη θερμοκρασία μετάβασης φάσης είναι α σταθερά στοιχεία, όπως αλουμίνιο, άνθρακας, οξυγόνο και άζωτο. Το αλουμίνιο είναι το κύριο στοιχείο κράματος στο κράμα τιτανίου, το οποίο έχει προφανή επίδραση στη βελτίωση της αντοχής σε θερμοκρασία δωματίου και σε υψηλή θερμοκρασία, στη μείωση του ειδικού βάρους και στην αύξηση του ελαστικού συντελεστή.
② Τα στοιχεία που σταθεροποιούν τη φάση β και μειώνουν τη θερμοκρασία μετάβασης φάσης είναι β σταθερά στοιχεία, τα οποία μπορούν να χωριστούν σε ισομορφικές και ευτηκτοειδείς μορφές. Το πρώτο περιλαμβάνει μολυβδαίνιο, νιόβιο και βανάδιο. Το τελευταίο περιλαμβάνει χρώμιο, μαγγάνιο, χαλκό, σίδηρο και πυρίτιο.
③ Τα στοιχεία που έχουν μικρή επίδραση στη θερμοκρασία μετάβασης φάσης είναι ουδέτερα στοιχεία, όπως ζιρκόνιο και κασσίτερος.
Το οξυγόνο, το άζωτο, ο άνθρακας και το υδρογόνο είναι οι κύριες ακαθαρσίες στο κράμα τιτανίου. Το οξυγόνο και το άζωτο έχουν μεγαλύτερη διαλυτότητα σε α φάση, η οποία μπορεί να ενισχύσει σημαντικά το κράμα τιτανίου, αλλά μειώνει την πλαστικότητα. Γενικά, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο και άζωτο σε τιτάνιο είναι κάτω από 0,15-0,2% και 0,04-0,05% αντίστοιχα. Η διαλυτότητα του υδρογόνου σε α φάση είναι πολύ μικρή, πάρα πολύ υδρογόνο διαλυμένο σε κράμα τιτανίου θα παράγει υδρίδιο και θα κάνει το κράμα εύθραυστο. Γενικά, η περιεκτικότητα σε υδρογόνο σε κράμα τιτανίου ελέγχεται κάτω από 0,015%. Η διάλυση του υδρογόνου σε τιτάνιο είναι αναστρέψιμη και μπορεί να απομακρυνθεί με ανόπτηση υπό κενό.
