Wytrzymałość na rozciąganie czystego tytanu wynosi 265-353 MPa, a ogólnego stopu tytanu 686-1176 MPa, czyli obecnie do 1764 MPa. Wytrzymałość stopu tytanu jest porównywalna z wytrzymałością wielu stali, ale znacznie lepsza niż stopu tytanu. Wytrzymałość właściwa odnosi się tutaj do siły danych podzielonej przez jej pozorną gęstość, znaną również jako stosunek wytrzymałości do masy. Międzynarodowa jednostka wytrzymałości właściwej to (N/m2)/(kg/m3) lub N·m/kg. Stosunek wytrzymałości danych na rozciąganie do pozornej gęstości danych nazywany jest wytrzymałością właściwą. Stosunek wytrzymałości do gęstości w miejscu pękania.
Wytrzymałość na ściskanie tytanu i stopów tytanu nie powinna być mniejsza niż ich wytrzymałość na rozciąganie. Granica plastyczności na ściskanie i granica plastyczności na rozciąganie czystego tytanu przemysłowego są w przybliżeniu równe, podczas gdy wytrzymałość na ściskanie stopów Ti-6Al-4V i Ti-5Al-2,5Sn jest nieco wyższa niż wytrzymałość na rozciąganie. Wytrzymałość na ścinanie wynosi zazwyczaj 60% - 70% wytrzymałości na rozciąganie. Granica plastyczności łożyska z tytanu i blachy ze stopu tytanu jest 1,2-2,0 razy większa od wytrzymałości na rozciąganie.
W normalnej atmosferze atmosferycznej trwałość tytanu i stopu tytanu po obróbce i wyżarzaniu jest (0,5-0,65) razy większa od wytrzymałości na rozciąganie. Kiedy przeprowadzono 107 testów zmęczeniowych w stanie karbu (Kt=3.9), wytrzymałość wyżarzonego Ti-6Al-4V była 0,2 razy większa od wytrzymałości na rozciąganie.
Twardość czystego tytanu przemysłowego o wysokiej czystości jest zwykle mniejsza niż 120HB, a twardość innego tytanu przetwarzającego o czystości wynosi 200-295HB. Twardość czystego odlewu tytanu wynosi 200-220HB. Wartość twardości stopu tytanu w warunkach wyżarzania wynosi 32-38HRC, co odpowiada 298-349HB. Twardość odlewanego stopu Ti-5Al-2,5Sn i Ti-6Al-4V wynosi 320HB, a twardość odlewu Ti-6Al-4V o niskiej zawartości pustych przestrzeni wynosi 310HB.
Moduł sprężystości przy rozciąganiu dostępnego w handlu czystego tytanu wynosi 105-109 GPa, a w przypadku większości stopów tytanu w warunkach powrotu wynosi 110-120 GPa. Utwardzony wydzieleniowo stop tytanu ma nieco wyższy moduł sprężystości przy rozciąganiu niż wyżarzany stop tytanu, a moduł sprężystości przy ściskaniu jest równy lub większy niż moduł sprężystości przy rozciąganiu. Chociaż sztywność tytanu i stopów tytanu jest znacznie wyższa niż sztywność aluminium i stopów aluminium, stanowi ona tylko 55% sztywności żelaza. Specyficzny moduł sprężystości stopu tytanu jest porównywalny ze stopem aluminium, tylko gorszy od berylu, molibdenu i niektórych nadstopów.
Moduł skręcania lub ścinania dostępnego w handlu czystego tytanu wynosi 46 GPa, a moduł ścinania stopu tytanu wynosi 43-51 GPa.
Aby poprawić wytrzymałość stopów tytanu, dodatek pustych elementów będzie miał szkodliwy wpływ na udarność i odporność stopów na pękanie. W zależności od różnych typów i warunków stopów tytanu, udarność z karbem Charpy'ego podczas przetwarzania czystego tytanu przemysłowego wynosi 15-54J/cm2, a odlewania 4-10J/cm2. Udarność stopu tytanu w stanie wyżarzonym wynosi 13-25,8 J/cm2, a stan starzenia jest nieco niższy. Udarność Charpy'ego V-notch stopu Ti-5Al-2,5Sn w stanie odlewu wynosi 10J/cm2, a stopu Ti-6Al-4V 20-23J/cm2. Im niższa zawartość tlenu, tym wyższa jest ta wartość.
Wiele stopów tytanu ma bardzo wysoką odporność na pękanie lub może bardzo dobrze przeciwdziałać rozprzestrzenianiu się pęknięć. Wyżarzony stop Ti-6Al-4V jest doskonałym materiałem zapewniającym odporność. Gdy współczynnik koncentracji karbu Kt=25.4mm, stosunek wytrzymałości na rozciąganie z karbem do wytrzymałości na rozciąganie bez karbu jest większy niż 1.
Stopy tytanu mogą nadal spełniać pewne funkcje w wysokich temperaturach. Ogólne przemysłowe stopy tytanu mogą spełniać swoje użyteczne funkcje w temperaturze 540 stopni, ale mogą być używane tylko przez krótki czas. Zakres temperatur przy-długim użytkowaniu wynosi 450–480 stopni. Opracowano stop tytanu stosowany w temperaturze 600 stopni. Jako dane rakietowe stop tytanu może być używany w temperaturze 540 stopni przez długi czas i 760 stopni przez krótki czas.
Materiały z tytanu i stopów tytanu mogą nadal zachowywać swoje pierwotne funkcje mechaniczne w niskiej i bardzo-niskiej temperaturze. Wraz ze spadkiem temperatury wytrzymałość tytanu i materiałów ze stopów tytanu stale wzrasta, natomiast plastyczność stopniowo ulega pogorszeniu. Wiele wyżarzonych stopów tytanu ma wystarczającą ciągliwość i odporność na pękanie w stopniu - 195.5. Stop Ti-5Al-2,5Sn z bardzo małą liczbą pierwiastków międzywęzłowych można stosować w temperaturze - 252.7. Stosunek wytrzymałości na rozciąganie z karbem do wytrzymałości na rozciąganie bez karbu wynosi 0,95-1,15 w stopniu - 25.7.
Ciekły tlen, ciekły wodór i ciekły fluor to ważne paliwa w rakietach i sprzęcie światowym. Dane wykorzystywane do produkcji zbiorników na gaz kriogeniczny i kriogenicznych części konstrukcyjnych pełnią bardzo ważne funkcje kriogeniczne. Gdy mikrostruktura jest równoosiowa, a zawartość pierwiastków międzywęzłowych (tlenu, azotu, wodoru itp.) jest bardzo niska, plastyczność stopu tytanu nadal przekracza 5%. Większość stopów tytanu ma słabą ciągliwość w temperaturze - 252.7, natomiast wydłużenie stopu Ti-6Al-4V może sięgać 12%.
