Релативна густина титанијума је 4,506, тачка топљења је 1668 степени, а тачка кључања је 3287 степени. Отпорност 42к10⁻⁸Ω·м (20 степени). Отпоран је на корозију због густог оксида на површини, и не реагује са кисеоником, халогеном и водом на собној температури, а реагује са кисеоником и формира титанијум диоксид када је усијан. Не реагује са азотном киселином, разблаженом сумпорном киселином и алкалијом, али је растворљив у концентрованој сумпорној киселини, флуороводоничкој киселини и царској водици.
Титанијум има пластичност, издужење титанијума високе чистоће може да достигне 50-60%, а скупљање пресека може да достигне 70-80%, али је чврстоћа ниска и није погодан као структурни материјал. Присуство нечистоћа у титанијуму има велики утицај на његова механичка својства, а посебно интерстицијалне нечистоће (кисеоник, азот, угљеник) могу у великој мери побољшати чврстоћу титанијума и значајно смањити његову пластичност. Добра механичка својства титанијума као структурног материјала постижу се строгом контролом одговарајућег садржаја нечистоћа и додавањем легирајућих елемената.