Titāna sakausējumu pamatā ir titāns, un to īpašības regulē leģējošu elementu pievienošana. Ķīmiskā sastāva sistēma tieši nosaka materiāla fāzes sastāvu un makroskopiskās īpašības. Titāns ir titāna sakausējumu pamatelements, kas parasti veido vairāk nekā 50%, un dažos augstas-tīrības titāna sakausējumos tas var pārsniegt 90%.
Alumīnijs ir viens no visbiežāk izmantotajiem leģējošajiem elementiem titāna sakausējumos, ko galvenokārt izmanto, lai stabilizētu fāzi titāna sakausējumos. Augstas-temperatūras apstākļos Al var palēnināt graudu augšanu titāna sakausējumos, uzlabot graudu robežzonu tīrību un tādējādi uzlabot materiāla vispārējās mehāniskās īpašības. Titāna sakausējumu apstrādes laikā Al var palielināt materiāla kalšanas spēju, kas ir labvēlīga materiāla veidošanai un turpmākai apstrādei.
Vanādijs ir galvenais fāzes stabilizējošais elements titāna sakausējumos. V var uzlabot titāna sakausējumu stiepes izturību un cietību, uzlabojot to veiktspēju griešanas un karstās apstrādes procesos. Tajā pašā laikā V spēj rafinēt graudus, optimizēt sakausējuma mikrostruktūru, uzlabot titāna sakausējumu karstumizturību un izturību pret koroziju un uzlabot vispārējo veiktspēju.
Molibdēns ir arī -fāzes sastāvdaļa titāna sakausējumos, kas var ievērojami uzlabot titāna sakausējumu stiepes izturību, tecēšanas robežu un cietību, zināmā mērā uzlabot to stingrību, palielināt to izturību pret koroziju skarbos apstākļos (piemēram, augstā temperatūrā, stiprās skābēs un stipros sārmos) un uzlabot to nodilumizturību. Tajā pašā laikā atbilstošs Mo daudzums var uzlabot titāna sakausējumu apstrādājamību un metināmību.
Papildus iepriekš minētajiem galvenajiem metāla elementiem titāna sakausējumi satur arī dažus piemaisījumu elementus, piemēram, skābekli (O), slāpekli (N), oglekli (C) un ūdeņradi (H). Šo elementu saturs titāna sakausējumos ir stingri jākontrolē, jo pārmērīgs daudzums var izraisīt sakausējuma veiktspējas samazināšanos. Piemēram, O un N ir augsta šķīdība fāzē, kas var izraisīt režģa kropļojumus un uzlabot sakausējuma izturību, bet tajā pašā laikā tie var arī samazināt sakausējuma stingrību.
