Titāna sakausējuma pamatā ir titāns un citi elementi. Ir divu veidu homogēni titāna kristāli: α titāns ar cieši noslēgtu sešstūra struktūru zem 882 ℃ un β titāns ar ķermeņa centrētu kubisko struktūru virs 882 ℃.
Sakausējuma elementus var iedalīt trīs tipos pēc to ietekmes uz transformācijas temperatūru
① Elementi, kas stabilizē α fāzi un paaugstina fāzes pārejas temperatūru, ir α stabili elementi, ieskaitot alumīniju, oglekli, skābekli un slāpekli. Alumīnijs ir titāna sakausējuma galvenais sakausējuma elements, kam ir acīmredzama ietekme uz izturības uzlabošanu istabas temperatūrā un augstā temperatūrā, īpatnējā svara samazināšanu un elastības moduļa palielināšanu.
② Elementi, kas stabilizē β fāzi un samazina fāzes pārejas temperatūru, ir β stabili elementi, kurus var iedalīt izomorfās un eutektoīdās formās. Pirmajā ietilpst molibdēns, niobijs un vanādijs; pēdējais ietver hromu, mangānu, varu, dzelzi un silīciju.
③ Elementi, kas maz ietekmē fāzes pārejas temperatūru, ir neitrāli elementi, piemēram, cirkonijs un alva.
Skābeklis, slāpeklis, ogleklis un ūdeņradis ir titāna sakausējuma galvenie piemaisījumi. Skābekļa un slāpekļa šķīdība α fāzē ir augstāka, kas var ievērojami nostiprināt titāna sakausējumu, bet samazināt plastiskumu. Parasti skābekļa un slāpekļa saturs titānā ir attiecīgi zemāks par 0,15–0,2% un 0,04–0,05%. Ūdeņraža šķīdība α fāzē ir ļoti maza, pārāk daudz ūdeņraža, kas izšķīdināts titāna sakausējumā, radīs hidrīdu un sakausējumu padarīs trauslu. Parasti ūdeņraža saturu titāna sakausējumā kontrolē zem 0,015%. Ūdeņraža šķīdināšana titānā ir atgriezeniska, un to var noņemt ar vakuuma rūdīšanu.
