Toplotna obdelava titana je industrijski proces uporabe izredno visokih temperatur na titan, tako da kovina postane bolj uporabna za proizvodne namene. Dve najpogostejši vrsti, ki se danes uporabljata, sta žarjenje in lajšanje stresa. Žaljenje služi predvsem temu, da se titan upre zlomu, hkrati pa poveča njegovo duktilnost ali sposobnost raztezanja v tanko žico. Po drugi strani se metoda razbremenitve uporablja predvsem za zmanjšanje količine obremenitve, ki jo je titan izpostavljen med varjenjem ali oblikovanjem.
Za uporabnost titana je običajno potrebno žarjenje ali razbremenitev. Titan, ki se ne razbremeni napetosti, lahko po varjenju ali oblikovanju poči, medtem ko titan, ki je namenjen obsežni strojni obdelavi, običajno ne prenese tako težke obdelave, ne da bi bil pred tem žarjen. Temperature do 1,100 °F (593 °C) za lajšanje stresa in 1,450 °F (788 °C) za žarjenje niso neobičajne
Kontaminacija je ključna težava pri toplotni obdelavi titana. Izdelovalne delavnice imajo pogosto ločene prostore za titan, saj je ta kovina še posebej nagnjena k kontaminaciji iz zraka, vlage, prahu in maščobe. Druge visoko zmogljive kovine, kot so nerjaveče jeklo in zlitine na osnovi niklja, ne zahtevajo tako stroge pozornosti za čistočo, saj med oblikovanjem ali varjenjem niso tako občutljive kot titan na kontaminacijo.
Pomembno je omeniti, da se čisti elementarni titan redko uporablja v sodobni proizvodnji, saj je sam po sebi precej mehka kovina. Titanove zlitine, mešanice titana z drugimi kovinami, omogočajo največje lastnosti utrjevanja. Vsaka posamezna titanova zlitina se bo drugače odzvala na proces toplotne obdelave.
Prvi Space Shuttle Nacionalne uprave za aeronavtiko in vesolje (NASA) je pomagal javnosti, da se bolj zaveda uporabe titanovih zlitin in toplotne obdelave titana, saj je shuttle uporabljal izolacijske ploščice iz titanovega toplotnega ščita, da ostane močan pri visokih temperaturah. Od prvega vesoljskega shuttlea je NASA še naprej vključevala titanove zlitine v svoje zasnove zaradi njihovih močnih lastnosti, ki se ne talijo. Na trdnost teh zlitin se zanašajo tudi proizvajalci kakovostnih mečev in nožev. Zaradi svoje teže so celo močnejši od jekla in so odporni tudi na jedke snovi, kot so kisline, topila in baze.