在热处理的时候有有退火、固溶和时效处理三种处理方法。退火是为了消除内应力、提高塑性和组织稳定性，以获得较好的综合性能，固溶和时效处理是从高温区快冷,以得到马氏体α′相和亚稳定的β相,然后在中温区保温使这些亚稳定相分解，得到α相或化合物等细小弥散的第二相质点，达到使合金强化的目的。

消除应力退火的目的是为消除或减少加工过程中产生的残余应力，防止在一些腐蚀环境中的化学侵蚀和减少变形。完全退火的目的是为了获得好的韧性，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和组织的稳定性。固溶处理和时效的目的是为了提高其强度，α钛合金和稳定的β钛合金不能进行强化热处理，在生产中只进行退火，α+β钛合金和含有少量α相的亚稳β钛合金可以通过固溶处理和时效使合金进一步强化。

此外，为了满足工件的特殊要求，工业上还采用双重退火、等温退火、β热处理、形变热处理等金属热处理工艺。