Paduan titanium didasarkan pada titanium, dan sifat-sifatnya diatur dengan penambahan elemen paduan. Sistem komposisi kimia secara langsung menentukan komposisi fasa dan karakteristik makroskopis material. Titanium adalah elemen dasar paduan titanium, biasanya berjumlah lebih dari 50%, dan pada beberapa paduan titanium dengan kemurnian tinggi, jumlahnya bisa melebihi 90%.
Aluminium adalah salah satu elemen paduan yang paling umum digunakan dalam paduan titanium, terutama digunakan untuk menstabilkan fase dalam paduan titanium. Dalam kondisi-suhu tinggi, Al dapat memperlambat pertumbuhan butir pada paduan titanium, meningkatkan kemurnian daerah batas butir, dan dengan demikian meningkatkan sifat mekanik material secara keseluruhan. Selama pemrosesan paduan titanium, Al dapat meningkatkan sifat mudah dibentuk material, yang bermanfaat untuk pembentukan dan pemrosesan material selanjutnya.
Vanadium adalah elemen penstabil fase kunci dalam paduan titanium. V dapat meningkatkan kekuatan tarik dan kekerasan paduan titanium, meningkatkan kinerjanya selama proses pemotongan dan pengerjaan panas. Pada saat yang sama, V memiliki kemampuan untuk menghaluskan butiran, mengoptimalkan struktur mikro paduan, meningkatkan ketahanan panas dan ketahanan korosi paduan titanium, dan meningkatkan kinerja keseluruhan.
Molibdenum juga merupakan elemen penyusun fase -dalam paduan titanium, yang secara signifikan dapat meningkatkan kekuatan tarik, batas luluh, dan kekerasan paduan titanium, sampai batas tertentu meningkatkan ketangguhannya, meningkatkan ketahanan terhadap korosi di lingkungan yang keras (seperti suhu tinggi, asam kuat, dan alkali kuat), dan meningkatkan ketahanan ausnya. Pada saat yang sama, jumlah Mo yang tepat dapat meningkatkan kemampuan mesin dan kemampuan las paduan titanium.
Selain unsur logam utama yang disebutkan di atas, paduan titanium juga mengandung beberapa unsur pengotor, seperti oksigen (O), nitrogen (N), karbon (C), dan hidrogen (H). Kandungan unsur-unsur ini dalam paduan titanium harus dikontrol dengan ketat, karena jumlah yang berlebihan dapat menyebabkan penurunan kinerja paduan tersebut. Misalnya, O dan N memiliki kelarutan yang tinggi dalam fasa, yang dapat menyebabkan distorsi kisi dan meningkatkan kekuatan paduan, namun pada saat yang sama, keduanya juga dapat mengurangi ketangguhan paduan.
