Massa jenis titanium adalah 4.506-4.516 gram per sentimeter kubik (2{{10}} derajat ), lebih tinggi dari aluminium dan lebih rendah dari besi, tembaga, dan nikel. Namun kekuatan spesifiknya menempati urutan pertama di antara logam, tiga kali lipat dari baja tahan karat dan 1,3 kali lipat dari paduan aluminium. Titik lebur 1668 ± 4 derajat , panas laten leleh 3.7-5.0 kkal/g atom, titik didih 3260 ± 20 derajat , panas laten penguapan 102.5-112.5 kkal /g atom, suhu kritis 4350 derajat, tekanan kritis 1130 atmosfer. Konduktivitas termal dan listrik titanium buruk, kira-kira atau sedikit lebih rendah dibandingkan baja tahan karat. Titanium memiliki superkonduktivitas, dan suhu kritis superkonduktor titanium murni adalah 0.38-0.4K. Pada suhu 25 derajat, kapasitas kalor jenis titanium adalah 0,126 kkal/g atom · derajat, entalpinya adalah 1149 kkal/g atom, dan entropinya adalah 7,33 kkal/g atom · derajat. Logam titanium merupakan zat paramagnetik dengan permeabilitas magnetik 1,00004.
