Viene considerato il materiale più nobile per via delle sue qualità pregiate. Rispetto ad altri materiali, il titanio presenta una bassa densità (intorno ai 4,5 Kg/cm³ - con piccole variazioni a seconda del tipo di lega) che è pari al 58% della densità dell'acciaio inox. Il punto di fusione è molto elevato (intorno ai 1.700° C) mentre risultano molto bassi il modulo di elasticità e il coefficiente di espansione termica lineare. Tra le qualità del titanio c'è anche la quasi totale insensibilità alla corrosione, un vantaggio notevole per la costruzione di biciclette. Per contro il titanio è uno dei materiali più difficili da utilizzare. La lavorazione è difficile e richiede macchinari speciali (e costosi). I tubi in titanio possono essere realizzati per trafilatura oppure dall'avvolgimento di una lastra in titanio successivamente saldata nella lunghezza. Per le sue caratteristiche il titanio deve essere saldato in atmosfera controllata, questo perché quando è portato al punto di fusione il titanio tende ad assorbire i gas presenti nell'aria perdendo le qualità meccaniche.
Quando si parla di titanio si considera sempre il metallo in lega con altri
Il titanio viene classificato in "gradi" a seconda delle caratteristiche o delle percentuali di
materiali che ne compongono la lega.

Titanio CP (commercially pure)

E' il titanio puro, senza alcun alligante. Si distingue per quantità diverse di ossigeno contenuto che aumenta proporzionalmente la resistenza alla corrosione.
Grado 1: è il titanio commercialmente puro con un basso contenuto di ossigeno. L'alta duttilità e il basso carico di rottura non lo fanno ideale per le costruzioni ciclistiche quanto per lo stampaggio e la deformazione a freddo.
Grado 2: viene sempre considerato titanio puro ma è più resistente del precedente. Offre un buon compromesso tra resistenza, saldabilità e deformabilità.
Grado 3: maggiore contenuto di ossigeno e buona saldabilità.
Grado 4: le caratteristiche di resistenza sono molto elevate. Da questo livello il titanio viene utilizzato nell'industria aeronautica proprio per le sue caratteristiche meccaniche.

Titanio legato

E' il titanio che interessa l'industria ciclistica.
Grado 5: l'altissimo carico di rottura di questa lega di titanio la rende tra le più utilizzate. Proprio per la sua resistenza viene utilizzata principalmente per la realizzazione di congiunzioni (scatole del movimento, forcellini…) Recentemente è stata impiegata anche per la realizzazione di tubazioni e telai dalle caratteristiche meccaniche davvero notevoli. Questa lega è conosciuta anche come Ti 6-4 dove i due numeri indicano le parti di alluminio e vanadio facenti parte della lega.
Grado 9: si tratta di titanio 3Al 2,5 con un alto carico di rottura e resistenza alla corrosione. E' la lega più utilizzata nella realizzazione delle tubazioni e viene solitamente accoppiata con particolari in lega 6-4.

La scelta del titanio è dovuta al suo ottimo rapporto peso/resistenza e alle sue qualità di elasticità che gli permettono di assorbire molto bene le vibrazioni. Inoltre, viste la sua resistenza alla corrosione e la resistenza allo snervamento, si tratta di un materiale praticamente immortale.