航天飞行器在超高温、超低温、高真空、高应力、强腐蚀等极端条件下工作，除了依靠优秀的结构设计之外，还有赖于材料所具有的优异特性和功能。钛合金将航天产品所需的特质集于一身而被誉为“宇宙金属”、“空间金属”。根据航天产品对材料的需求，钛合金在航天领域正在向以下几个方向发展：
高强韧钛合金：
目前这方面比较成功的例子是美国所研制的α+β两相高强高韧钛合金Ti62222S，该材料具有良好的强度与塑性的配合，室温断裂强度和屈服强度分别大于1300MPa和1200MPa，而且其高温性能也很好。此外，Ti62222S还具有较高的断裂韧性和损伤容限，与合金Ti6Al4V相当的疲劳裂纹扩展速率以及优于合金Ti6Al4V的弹性模量和超塑成形性，可以替代Ti6Al4V。
高温钛合金：
超声巡航弹、高超声速巡航弹、可重复使用运载器，以及亚轨道重复使用跨大气层飞行器的研究和发展，要求钛合金必须能在600℃及以上的高温下使用，这就要求钛合金必须具有优异的耐高温性能。国际上第一个高温钛合金是美国研制的Ti6Al4V，可在300~350℃下使用。Ti6Al4V合金兼具α+β两相特征，在航天领域得到广泛应用。为最大限度发挥Al固溶热强化作用，钛合金中还加入了Sn、Zr、Mo和Si等元素，相继开发了使用温度为450℃的IMI679、Ti6242等合金，使用温度为500℃的IMI685、Ti6242S等合金，使用温度为550~600℃的IMI834、Ti1100、BT36等合金。
低温钛合金：
随着空间技术迅速发展，钛合金在低温和极低温环境下的应用增多，低温钛合金的研制显得极为重要。经研究发现，通过降低H、O、N等间隙元素，以及Al的含量可改善钛合金的低温性能，使其能在20K温度环境下长期使用。