钛棒、钛管等钛合金材料在空气中的反应，通常与非金属元素如氧、氮、氢等发生反应。其反应过程与温度密切相关。

钛在空气中100度以下与氧气反应非常缓慢，只有表面在500度时才会氧化。随著温度的升高，表面的氧化膜开始溶解，氧开始向金属内部扩散。但是，在700℃时，氧并不进入金属的内晶格。在700℃以上时，氧对金属的扩散加速，高温下表面氧化膜失去保护作用。

钛对氧的反应取决于钛的形状和温度。粉状钛粉在常温下，在空气中的静电火花、摩擦作用下会剧烈燃烧或爆炸。但是，钛在室温下在空气中是稳定的。在空气中被加热后，致密的钛就开始与氧气反应。第一，氧气通过晶格进入钛表面，形成致密的氧化膜层。氧化膜表面能防止氧向内扩散，起到保护作用。结果，钛在500℃以下的空气中保持稳定。表层氧化膜颜色与地层温度有关。

低于200度是银白色，300度是浅黄色，400度是金黄色，蓝色是500度，600度是紫色，700-800度是红灰色，800-900度是灰色。纯氧条件下，钛与氧的初始温度比低于空气中初始温度比。约500-600℃时钛处于氧气中燃烧。钛室温下不与氮气反应，但在高温下钛是少数能在氮气中燃烧的金属元素之一。钛在氮中的燃烧温度超过800℃时，钛与氮的反应非常强烈。钛同氮反应不仅能生成钛(ti3n、TiN)，而且还能形成Ti-N固溶体。在500~550℃下，钛就开始吸氮，形成间隙固溶体;超过600℃时钛的吸氮率增大。Ti-N固溶体中氮以氮化钛的形式进入钛晶格，钛的相变温度提高，氮也是钛的稳定剂。氮在空气中的溶解度(质量分数)在1050℃时为7%，在2020℃时为2%。但是，钛对氮的吸收要比对氧的吸收慢得多。所以钛主要吸收空气中的氧，而氮的吸收是次要的。