La densità relativa del titanio è 4,506, il punto di fusione è 1668 gradi e il punto di ebollizione è 3287 gradi. Resistività 42x10⁻⁸Ω·m (20 gradi). È resistente alla corrosione a causa dell'ossido denso sulla superficie e non reagisce con ossigeno, alogeni e acqua a temperatura ambiente e reagisce con l'ossigeno per formare biossido di titanio quando è rovente. Non reagisce con acido nitrico, acido solforico diluito e alcali, ma è solubile in acido solforico concentrato, acido fluoridrico e acqua regia.
Il titanio ha plasticità, l'allungamento del titanio ad alta purezza può raggiungere il 50-60% e il restringimento della sezione può raggiungere il 70-80%, ma la resistenza è bassa e non è adatto come materiale strutturale. La presenza di impurità nel titanio ha un grande impatto sulle sue proprietà meccaniche, in particolare le impurità interstiziali (ossigeno, azoto, carbonio) possono migliorare notevolmente la resistenza del titanio e ridurre significativamente la sua plasticità. Le buone proprietà meccaniche del titanio come materiale strutturale si ottengono controllando rigorosamente il contenuto di impurità appropriato e aggiungendo elementi di lega.