In reiner Form kann man das grau glänzende Titan gut dehnen und schmieden. Titan wird als Werkstoff aufgrund seiner geringen Dichte und der guten mechanischen Festigkeit geschätzt. Bei verunreinigtem Titan nimmt die Schmiedbarkeit rasch ab, und das Metall wird spröde und hart. Bei höheren Temperaturen über 400 °C nimmt die Festigkeit des Metalls ab, daher ist es als Werkstoff in reiner Form nur bedingt geeignet. Es nimmt dann auch leicht Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff auf, so dass die Sprödigkeit und die Härte auch mit dem Ansteigen der Temperatur zunehmen. Die elektrische Leitfähigkeit ist nicht besonders gut, sie beträgt im Vergleich zum Silber weniger als vier Prozent, die thermische Leitfähigkeit beträgt nur etwa fünf Prozent.

Fein verteiltes Titanpulver ist brennbar. Es kann mit Chlor oder mit anderen Oxidationsmitteln wie Salpetersäure, Kaliumnitrat, Kaliumpermanganat oder Silbernitrat explosionsartig reagieren. Mit einem Schweißbrenner lässt sich auch kompaktes Titan verbrennen, bei Rotglut verbrennt es zu Titandioxid:

Ti  +  O₂   TiO₂      ΔH_R = −945 kJ/mol 
  
Bei höheren Temperaturen verbindet sich Titan mit vielen Nichtmetallen, mit Wasserstoff zu Titanhydrid TiH₂, mit Chlor zu Titantetrachlorid TiCl₄ oder mit Schwefel zu Titansulfid TiS₂. Mit anderen Metallen bilden sich Titanlegierungen, die sich durch enorme Festigkeit und Widerstandsfähigkeit bei optimaler Elastizität auszeichnen.

Titan ist ein relativ unedles Metall. Aufgrund der sich bildenden Oxidschicht ist es aber an der Luft und gegenüber Wasser sehr beständig. Mit kalten Säuren reagiert es außer mit Flusssäure nicht. In heißer Salzsäure setzt eine Wasserstoff-Entwicklung ein, dabei wird das Titan langsam aufgelöst, und es bildet sich Titan(III)-chlorid TiCl₃, das als Reduktionsmittel und Katalysator verwendet wird.

Metallisches Titan und auch Titandioxid lösen sich langsam in heißer, konzentrierter Schwefelsäure. Dabei bilden sich [Ti(OH)₂]²⁺ oder [Ti(OH)₃]⁺-Ionen, die auch im Komplex gebundenes Wasser oder Hydrogensulfat enthalten können. Die durch die konzentrierte Schwefelsäure aufgeschlossene Lösung ist ein spezifisches und empfindliches Nachweisreagenz für Wasserstoffperoxid, sie reagiert mit Wasserstoffperoxid zu einem gelborangen Komplex. Gleichzeitig gilt die Reaktion mit Wasserstoffperoxid auch als Nachweisreaktion für Titan. Die nachfolgende Reaktionsgleichung stellt die charakteristische Teilreaktion dar, es entsteht ein Hydroxoperoxotitan(IV)-Ion, das die Orangefärbung verursacht:

[Ti(OH)₃]⁺  +  H₂O₂    [Ti(O₂)OH]⁺  +  2 H₂O      

Alternativ kann man unlösliche Titanverbindungen auch durch Erhitzen mit einer Kaliumhydrogensulfat-Schmelze aufschließen. Dabei wird Schwefeltrioxid frei, das mit der Luftfeuchtigkeit einen schwefelsäurehaltigen Nebel bildet. Daher darf dieser Versuch nur im Abzug durchgeführt werden. Nach dem Abkühlen gibt man verdünnte Schwefelsäure hinzu und erhitzt kurz bis zum Sieden. Nach dem erneuten Abkühlen gibt man mehrere Tropfen verdünnte Wasserstoffperoxid-Lösung hinzu:

Titan-Ionen mit Wasserstoffperoxid nachweisen

Nach dem Aufschließen des Titandioxids in einer Kaliumhydrogensulfat-Schmelze und dem Zugeben von verdünnter Schwefelsäure erhält man eine wasserlösliche Titanverbindung, die mit H2O2 einen gelborangen Komplex bildet.

Häufigkeit   häufig

Elementar kommt Titan in der Natur nur sehr selten in bestimmten Granitgesteinen oder im Granat vor. Der Ilmenit ist das für die Technik bedeutendste Titanerz, da aus ihm das Weißpigment Titandioxid gewonnen wird. Die wichtigsten Ilmenit-Lagerstätten in Europa befinden sich im norwegischen Ekersund-Soggendal, in Finnland und im Ilmengebirge im südlichen Ural. Weitere bedeutende Lagerstätten kommen in Südafrika, China, Australien Kanada, Vietnam, Russland oder in der Ukraine vor. Zu den Titanmineralien zählen der Titanit, der Perowskit, der Rutil, der Anatas oder der Brookit. Große Rutil-Lagerstätten finden sich in Australien, Sierra Leone, in der Ukraine oder in Indien. Große Anatas-Lagerstätten gibt es in Brasilien.   

J.J. Berzelius (1779–1848) stellte um 1825 unreines und damit noch nicht technisch verwertbares Titanpulver durch Reduktion von Kaliumfluortitanat K₂[TiF₆] mit Kalium her. Mit diesem grauen Pulver konnte Berzelius auf einer harten Unterlage einen metallischen Strich erzeugen. 1849 wiederholten Wöhler und Deville den Versuch zunächst unter Luftabschluss und dann in einer Wasserstoffatmosphäre. Das entstehende Produkt zeigte im Mikroskop metallischen Glanz. Allerdings könnte es sich dabei auch um Titannitrid gehandelt haben. Dieses entsteht bei der Reaktion mit dem Luftstickstoff. Kompaktes Titan mit einer Reinheit von bis zu 95 % konnten die Schweden Lars Fredrik Nilson und Otto Pettersson (1848–1941) im Jahr 1887 herstellen. Sie erhitzten Titantetrachlorid mit Natrium unter völligem Luftabschluss in einem Stahlzylinder. [Lit. 138]

Es dauerte nach der Entdeckung mehr als ein Jahrhundert, bis Matthew A. Hunter (1878–1961) um 1910 in den USA ein technisch verwertbares Verfahren zur Herstellung von reinem Titan durch Reduktion von Titantetrachlorid mit Natrium in einem Stahlbehälter unter extrem hohem Druck vorstellte. Die industrielle Produktion wurde erst ab 1938 durch das vom Luxemburger Forscher William Justin Kroll (1899–1973) entwickelte Verfahren ermöglicht, das seit 1946 großtechnisch angewendet wird.

Die industrielle Herstellung erfolgt heute nach dem vom luxemburgischen Forscher William Justin Kroll (1889–1973) entwickelten Verfahren, das 1940 patentiert wurde. Zunächst wird aus dem Titaneisenerz Ilmenit der hohe Eisengehalt durch Reduktion des Eisens mit Koks im Lichtbogenofen verringert. Das schwerere, entstehende Roheisen schwimmt am Boden, das leicht von der darüber stehenden Titanschlacke getrennt werden kann. Diese wird nach dem Abkühlen zerkleinert, mit Koks vermischt, zum Glühen gebracht und dann durch das Überleiten von Chlor zu Titantetrachlorid TiCl₄ umgewandelt:

TiO₂  +  2 C  +  2 Cl₂    TiCl₄  +  2 CO   

Das Titantetrachlorid wird nach einem Reinigungsprozess bei ungefähr 1000 °C in einer Heliumatmosphäre in einem Bad mit flüssigem Magnesium zum Metall reduziert:  

Es entsteht schwammiges Titan, aus dem restliches Magnesium und Magnesiumchlorid mit verdünnter Salzsäure herausgelöst und durch Vakuumdestillation entfernt wird. Statt Magnesium kann auch Natrium als Reduktionsmittel genommen werden:  

Sehr reines Titan kann man nach einem Zonenschmelzverfahren gewinnen. Dabei zersetzt man Titantetraiodid TiI₄ thermisch an dünnen, 1300 °C heißen Wolframfäden. Dabei entsteht hochreines Titan und Iod:

TiI₄    Ti  + 2 I₂

Da die Herstellung von Titan enorm kostenintensiv und energieaufwändig ist, spielen heute Recyclingverfahren aus Titanschrott eine bedeutende Rolle.