钛及钛合金进行时效处理的目的是促进固溶处理产生的亚稳定相按一定方式发生分解，引起强化。一般，这一过程可以由描述“时间-温度-转变”关系的“C”型曲线表示出来。“C”型曲线的形状依合金成分而改变。一个可热处理β合金和一个β稳定元素含量较多的二元合金的“C”型曲线。
确定一个合金的时效工艺一般是根据时效硬化曲线。它描述了合金在不同时效温度下，力学性能和时效时间的关系。力学性能可以用室温抗拉性能，也可以用硬度或其它性能。时效温度和时间的选择应以获得最好的综合性能为准，一般，a+β合金时效温度大约是500～600℃，时间为4～12小时；可热处理β合金的时效温度较低，时间较长，约为450～500℃，8～24小时。冷却方式均采用空冷。
为了控制析出相的大小、形态和数量，某些合金还可采用多级时效处理。如TB1合金，在450℃，时效35小时后再进行一次560℃，15分钟的时效，使一次时效时产生的细小弥散的a相集聚，改善了时效后的塑性。
为了要求钛合金在使用温度下有较好的热稳定性，往往采用在使用温度以上的时效。有些钛合金为了获得较好的韧性和抗剪切性能，也采用较高温度的时效。这种时效有时也称为稳定化处理。
应该指出，时效前的冷加工和低温预时效都大大加速了亚稳定β相的分解速度，并使a相弥散度增强。在一些特殊使用条件下，可通过冷变形后时效的处理方式提高可热处理β钛合金的抗拉强度和弹性模量。
