Základom titánových zliatin je titán, ktorého vlastnosti sú regulované pridaním legujúcich prvkov. Systém chemického zloženia priamo určuje fázové zloženie a makroskopické charakteristiky materiálu. Titán je základným prvkom zliatin titánu, zvyčajne tvorí viac ako 50 % a v niektorých -zliatinách titánu s vysokou čistotou môže presiahnuť 90 %.
Hliník je jedným z najčastejšie používaných legujúcich prvkov v zliatinách titánu, ktorý sa primárne používa na stabilizáciu fázy v zliatinách titánu. Pri vysokých-teplotách môže Al spomaliť rast zŕn v titánových zliatinách, zlepšiť čistotu oblastí na hranici zŕn, a tým zlepšiť celkové mechanické vlastnosti materiálu. Pri spracovaní titánových zliatin môže Al zvýšiť kujnosť materiálu, čo je výhodné pre tvarovanie a následnú úpravu materiálu.
Vanád je kľúčovým prvkom stabilizujúcim fázu v zliatinách titánu. V môže zvýšiť pevnosť v ťahu a tvrdosť titánových zliatin, zlepšiť ich výkon počas rezania a procesov opracovania za tepla. Zároveň má V schopnosť zjemniť zrná, optimalizovať mikroštruktúru zliatiny, zlepšiť tepelnú odolnosť a odolnosť proti korózii zliatin titánu a zlepšiť celkový výkon.
Molybdén je tiež -fázovým základným prvkom v titánových zliatinách, ktorý môže výrazne zlepšiť pevnosť v ťahu, medzu klzu a tvrdosť titánových zliatin, do určitej miery zvýšiť ich húževnatosť, zvýšiť ich odolnosť proti korózii v drsnom prostredí (ako sú vysoké teploty, silné kyseliny a silné zásady) a zlepšiť ich odolnosť proti opotrebovaniu. Zároveň môže vhodné množstvo Mo zlepšiť opracovateľnosť a zvárateľnosť titánových zliatin.
Okrem vyššie uvedených hlavných kovových prvkov obsahujú zliatiny titánu aj niektoré nečistoty, ako je kyslík (O), dusík (N), uhlík (C) a vodík (H). Obsah týchto prvkov v zliatinách titánu musí byť prísne kontrolovaný, pretože nadmerné množstvo môže viesť k zníženiu výkonu zliatiny. Napríklad O a N majú vysokú rozpustnosť vo fáze, čo môže spôsobiť deformáciu mriežky a zvýšiť pevnosť zliatiny, ale súčasne môže tiež znížiť húževnatosť zliatiny.
