La densità del titanio è 4,506-4,516 g/cm³ (20 gradi) e il punto di fusione è 1668±4 gradi. La densità della lega di titanio è 4,5 g·cm⁻³, ovvero circa il 57% di quella dell'acciaio ad alta resistenza. La sua resistenza specifica è superiore a quella dell'acciaio ad alta resistenza, della lega di alluminio e della lega di magnesio. La presenza di impurità nel titanio ha un impatto significativo sulle sue proprietà meccaniche. In particolare, le impurità interstiziali (ossigeno, azoto e carbonio) possono aumentare la resistenza del titanio e ridurne la plasticità. Ad esempio, uno studio ha dimostrato che i lingotti di lega di titanio contenenti circa il 2% di ferro e il 2% di alluminio hanno una resistenza alla trazione di circa 90 kg/mm² ed un allungamento di circa il 20% a temperatura ambiente; a 600 gradi, la resistenza alla trazione è di circa 30 kg/mm² e l'allungamento è di circa il 30%, dimostrando resistenza al calore. La lega è facile da forgiare e laminare a caldo.
La lega di titanio ha resistenza alla corrosione dell'acqua di mare e può mantenere le sue prestazioni in acqua di mare inquinata, acqua di mare calda (sotto i 120 gradi), impatto delle onde, fango marino e organismi marini attaccati. Le leghe di titanio, grazie alla loro elevata resistenza specifica, possono sostituire alcuni acciai speciali ed avanzati nel settore aerospaziale; data la loro elevata temperatura di esercizio possono sostituire alcune leghe di alluminio; e poiché possiedono resistenza allo scorrimento viscoso a temperature moderate (fino a 550 gradi) e resistenza accettabile all'ossidazione e alla corrosione, sono uno dei materiali candidati per sostituire le superleghe a base di nichel-nei moderni motori di compressori ad alta-pressione.
