鈦及鈦合金在快速冷卻中生成的亞穩定相，在時效時均要向平衡的組織轉變。相變過程主要有亞穩定β相的分解、馬氏體回火、過飽和a相的分解等。這些轉變過程以及和變形相結合的時效是鈦及鈦合金熱處理強化的依據。

　　共析轉變僅在鈦與快共析β穩定元素形成的系統中，在一定條件下才可能發生。如Ti-Cu二元系亞共析成分的合金，在100℃/秒的冷卻速度下出現了很細小的珠光體型片層狀組織。這種合金在珠光體形成溫度以下進行等溫處理時，也可以出現貝茵體型的非片層組織。一般，這種共析轉變后組織使合金塑性降低。

　　在鈦合金中存在著馬氏體型相變，外加應力和應變會促進這些相變進程。實驗證明，在具有一定β穩定元素含量的亞穩定β相中存在著應變（或應力）引起轉變。但是在應變轉變產物上仍有爭論，有人認為是六方馬氏體a`，有人認為不過是機械孿晶的組合。還有人報道，在Ti-Mo和Ti-V系合金中應變產物是斜方馬氏體a"，而且鋁將促進這一過程。無論如何，應變轉變使材料均勻延伸率提高，增大了抗拉強度和屈服強度之間的比值。