Titaani kuumtöötlemine on tööstuslik protsess, mille käigus rakendatakse titaanile ülikõrgeid temperatuure, et metall muutuks tootmiseks paremini töödeldavaks. Kaks tänapäeval kõige levinumat tüüpi on lõõmutamine ja stressi leevendamine. Lõõmutamine on mõeldud peamiselt titaani purunemiskindlaks muutmiseks, suurendades samal ajal selle elastsust või õhukeseks traadiks venitamist. Stressi leevendamise meetodit kasutatakse seevastu enamasti titaani keevitamise või vormimise ajal tekkiva pinge vähendamiseks.
Titaani kasutatavaks muutmiseks on tavaliselt vaja kas lõõmutamist või stressi leevendamist. Titaan, mis ei ole pingevaba, võib pärast keevitamist või vormimist praguneda, samas kui ulatuslikuks masintöötlemiseks mõeldud titaan ei pea tavaliselt nii rasket töötlemist vastu ilma eelneva lõõmutamiseta. Temperatuurid kuni 1,100 °F (593 °C) pinge leevendamiseks ja 1,450 °F (788 °C) lõõmutamiseks ei ole haruldased.
Saastumine on titaani kuumtöötlemisel ülioluline probleem. Titaani töökodades on sageli eraldi alad, kuna see metall on õhu, niiskuse, tolmu ja rasva tõttu eriti vastuvõtlik. Teised suure jõudlusega metallid, nagu roostevaba teras ja niklipõhised sulamid, ei vaja puhtuse suhtes nii ranget tähelepanu, kuna need ei ole vormimise või keevitamise ajal saastumise suhtes nii tundlikud kui titaan.
Oluline on märkida, et puhast elementaarset titaani kasutatakse kaasaegses tootmises harva, kuna see on iseenesest üsna pehme metall. Titaanisulamid, titaani segud teiste metallidega võimaldavad saavutada maksimaalseid kõvenemisomadusi. Iga konkreetne titaanisulam reageerib kuumtöötlusprotsessile siiski erinevalt.
Riikliku Lennundus- ja Kosmoseameti (NASA) esimene kosmosesüstik aitas avalikkusel saada teadlikumaks titaanisulamite kasutamisest ja titaani kuumtöötlemisest, kuna süstik kasutas titaanist soojuskilbi isolatsiooniplaate, et püsida kõrgetel temperatuuridel tugevana. Alates esimesest kosmosesüstikust on NASA jätkanud titaanisulamite kasutamist nende mittesulavate tugevate omaduste tõttu. Kvaliteetsete mõõkade ja nugade tootjad loodavad ka nende sulamite tugevusele. Need on oma kaalu poolest isegi tugevamad kui teras ja on vastupidavad ka söövitavatele ainetele, nagu happed, lahustid ja alused.