钛合金热处理是钛合金学科领域内一个重要的分枝。其典型特征为:淬火过程中发生了马氏体相变，或保留高温组织，合金的塑性韧性稍有升高，强度硬度稍有降低。在随后时效过程中，由于亚稳定相和中间相的生成，合金硬度、强度升高，塑性、韧性降低。对过渡阶段的每一种亚稳相和中间相都有其产生的条件和相应的性质﹐钛合金热处理的研究实际上就是对其淬火和时效过程中中间相的研究。
金属材料的热处理可以归纳为三大类:第一类，淬火+回火;第二类，固溶＋时效;第三类，淬火+时效。对于这三类热处理，它们的基础理论都是相同的，即在高温保温过程中，使合金元素固溶到基体中，然后在急冷过程中发生非平衡转变，形成过饱和固溶体，随后的时效使过饱和度弱化，析出第二相。淬火和固溶、回火和时效的区别主要是根据材料性质的不同，以及它们所产生的力学性能不同而约定成俗的。淬火和固溶的区别在于是否发生同素异构转变，凡是在急冷过程中发生同素异构转变的就称为淬火,而只发生过饱和固溶的就称为固溶。钢和钛合金在淬火过程中都发生同素异构转变，即钢由奥氏体为基体的面心结构转变为以铁素体为基体的体心结构，钛合金由体心结构的转变为六方结构。而铝合金没有这种结构转变。回火和时效的区别就在于回火的结果使合金的硬度和强度下降，塑性和韧性升高;时效则使合金的硬度和强度升高，塑性和韧性降低。可以认为凡是在固溶后能使合金的硬度和强度下降、塑性和韧性升高的较低温度保温都叫回火，相反的结果就叫时效。
