Obróbka cieplna tytanu to proces przemysłowy polegający na stosowaniu ekstremalnie wysokich temperatur do tytanu, dzięki czemu metal staje się bardziej podatny na obróbkę w celach produkcyjnych. Dwa najpopularniejsze obecnie stosowane typy to wyżarzanie i odprężanie. Wyżarzanie służy głównie temu, aby tytan był odporny na pękanie przy jednoczesnym zwiększeniu jego ciągliwości lub zdolności do rozciągania w cienki drut. Z drugiej strony, metoda odprężania jest stosowana głównie w celu zmniejszenia naprężeń, którym tytan podlega podczas spawania lub formowania.
Aby tytan był użyteczny, zwykle wymagane jest wyżarzanie lub odprężanie. Tytan, który nie jest odprężany, może pękać po spawaniu lub formowaniu, podczas gdy ten przeznaczony do intensywnej obróbki maszynowej zwykle nie wytrzyma tak ciężkiej obróbki bez uprzedniego wyżarzania. Temperatury tak wysokie jak 1,100°F (593°C) w przypadku odprężania i 1,450°F (788°C) w przypadku wyżarzania nie są rzadkością
Zanieczyszczenie to kluczowa kwestia w obróbce cieplnej tytanu. Warsztaty produkcyjne często mają oddzielne obszary dla tytanu, ponieważ metal ten jest szczególnie podatny na zanieczyszczenie powietrzem, wilgocią, kurzem i tłuszczem. Inne metale o wysokich parametrach, takie jak stal nierdzewna i stopy na bazie niklu, nie wymagają tak ścisłej dbałości o czystość, ponieważ nie są tak wrażliwe jak tytan na zanieczyszczenia podczas formowania lub spawania.
Należy zauważyć, że czysty tytan pierwiastkowy jest rzadko używany w nowoczesnej produkcji, ponieważ sam w sobie jest raczej miękkim metalem. Stopy tytanu, mieszaniny tytanu z innymi metalami, pozwalają na uzyskanie maksymalnych właściwości hartowniczych. Jednak każdy konkretny stop tytanu będzie inaczej reagował na proces obróbki cieplnej.
Pierwszy prom kosmiczny Narodowej Agencji Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA) pomógł społeczeństwu stać się bardziej świadomym stosowania stopów tytanu i obróbki cieplnej tytanu, ponieważ prom wykorzystuje tytanowe płytki izolacyjne chroniące przed ciepłem, aby zachować wytrzymałość w wysokich temperaturach. Od czasu pierwszego promu kosmicznego NASA kontynuowała stosowanie stopów tytanu w swoich projektach ze względu na ich nietopliwe, silne właściwości. Producenci wysokiej jakości mieczy i noży również polegają na wytrzymałości tych stopów. Są jeszcze mocniejsze ze względu na swoją wagę niż stal, a także są odporne na czynniki korozyjne, takie jak kwasy, rozpuszczalniki i zasady.