航天飛行器在超高溫、超低溫、高真空、高應力、強腐蝕等極端條件下工作，除了依靠優秀的結構設計之外，還有賴于材料所具有的優異特性和功能。鈦合金將航天產品所需的特質集于一身而被譽為“宇宙金屬”、“空間金屬”。根據航天產品對材料的需求，鈦合金在航天領域正在向以下幾個方向發展：
高強韌鈦合金
目前這方面比較成功的例子是美國所研制的α+β兩相高強高韌鈦合金Ti62222S，該材料具有良好的強度與塑性的配合，室溫斷裂強度和屈服強度分別大于1300MPa和1200MPa，而且其高溫性能也很好。此外，Ti62222S還具有較高的斷裂韌性和損傷容限，與合金Ti6Al4V相當的疲勞裂紋擴展速率以及優于合金Ti6Al4V的彈性模量和超塑成形性，可以替代Ti6Al4V。
高溫鈦合金
超聲巡航彈、高超聲速巡航彈、可重復使用運載器，以及亞軌道重復使用跨大氣層飛行器的研究和發展，要求鈦合金必須能在600℃及以上的高溫下使用，這就要求鈦合金必須具有優異的耐高溫性能。國際上第一個高溫鈦合金是美國研制的Ti6Al4V，可在300～350℃下使用。Ti6Al4V合金兼具α+β兩相特征，在航天領域得到廣泛應用。為最大限度發揮Al固溶熱強化作用，鈦合金中還加入了Sn、Zr、Mo和Si等元素，相繼開發了使用溫度為450℃的IMI679、Ti6242等合金，使用溫度為500℃的IMI685、Ti6242S等合金，使用溫度為550～600℃的IMI834、Ti1100、BT36等合金。
低溫鈦合金
隨著空間技術迅速發展，鈦合金在低溫和極低溫環境下的應用增多，低溫鈦合金的研制顯得極為重要。經研究發現，通過降低H、O、N等間隙元素，以及Al的含量可改善鈦合金的低溫性能，使其能在20K溫度環境下長期使用。
