یکی از چالش‌های حیاتی، در طراحی و مهندسی قطعات فضاپیما، بهینه‌سازی وزن است. این در حالی است که نمی‌توان وزن را به قیمت کم شدن استحکام یا کارایی قطعه‌ی مورد نظر کاهش داد. سازندگان و مهندسان مواد به ایده‌ی بی‌نظیری در رابطه با استفاده از تیتانیوم و آلیاژهای آن، در حوزه‌ی هوافضا، به‌منظور انتقال بار در سازه‌هایی مانند فضاپیما دست یافتند.
مغزی‌های تیتانیومی، مطابق با طرح بهینه و توسط چاپ سه‌بعدی، با وزن اولیه و خواص بهبود یافته تولید می‌شوند. این مغزی‌ها را می‌توان به عنوان محل نصب برای اتصال دستگاه‌ها به فضاپیما و ماهواره‌ها به کار برد. این مغزی‌های تیتانیومی برای بارهای سنگین و بالا بردن یک سازه‌ی بزرگ و سنگین، بسیار مناسب هستند؛ به عبارت دیگر، این مغزی‌ها نسبتِ استحکام به وزن بالایی از خود نشان می‌دهند. این مغزی‌ها قطعاتی با صلبیت و استحکام ویژه‌ی بالا هستند که حداقل وزن را دارند. این کاهش وزن امکان افزایش تجهیزات صوتی مورد استفاده در ماهواره را فراهم می‌کند و بدین ترتیب، صرفه‌جویی قابل توجهی در هزینه‌های هر بار پرتاب صورت می‌گیرد.
تیتانیوم و آلیاژهای آن، در کنار کاهش وزن، مشکل تنش ترموالاستیک در طراحی فضاپیما را نیز حل کرده‌اند. از آنجایی که مغزی‌های تیتانیومی در طول فرایند عمل‌آوری پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربنی نصب می‌شوند، تنش‌های ترموالاستیک را متمرکز می‌نمایند. ویژگی‌های تیتانیوم، این ماده را به یک عنصر مناسب در هوافضا و هوانوردی تبدیل کرده است.
استفاده از تیتانیوم و آلیاژهای آن در برنامه‌های فضایی یک تحول جدید در علم مواد است. احتمالاً هیچ ماده‌ی دیگری بیش از تیتانیوم و آلیاژهای آن برای کاربردهای هوافضایی مناسب نیست. علت این امر آن است که چگالی تیتانیوم g/cm3 5/4 می‌باشد و سنگینی آن تقریباً نصف آلیاژهایی با پایه‌ی Ni یا فولاد است؛ با این ویژگی بی‌نظیر، تیتانیوم بهترین نسبت استحکام به وزن را خواهد داشت.
تیتانیوم و آلیاژهای آن در صنعت هوافضا، از جمله در موتور، بدنه‌ی هوایی، هلیکوپتر و کاربردهای فضایی شاخص خواهند شد. تیتانیوم و آلیاژهای Ti معمولاً به‌خاطر ویژگی‌های مکانیکی، مقاومت دمایی یا مقاومت شیمیایی‌شان انتخاب می‌شوند.
تیتانیوم دارای خواص برجسته‌ای در رابطه با مقاومت در برابر خوردگی است. این ویژگی خاص، تیتانیوم را به یک گزینه‌ی ایده‌آل برای صنعت فضاپیما تبدیل کرده است. آلیاژهای متداول Ti نیز برای سازه‌های اصلی و ثانویه، اتصال‌دهنده‌ها، سیستم‌های لوله‌کشی و نواحی که دماهای عملکردی اجازه‌ی استفاده از آلیاژهای آلومینیومی را نمی‌دهد به کار می‌روند.
مشخصه‌های تیتانیوم و آلیاژهای آن، این مواد را به گزینه‌های مناسبی برای صنعت هوافضا تبدیل کرده است. مشخصه‌های تیتانیوم و آلیاژهای آن بر اساس ساختار متالورژی آنها، که متأثر از عملیات حرارتی و ترکیب شیمیایی است، دسته‌بندی می‌شوند.
محصولات تجاری تیتانیومِ خالص به‌خاطر مقاومت شیمیایی که دارند انتخاب می‌شوند. ناخالصی‌های تیتانیوم باعث افزایش استحکام تیتانیوم می‌شوند، اما مقاومت آن در برابر خوردگی را کاهش می‌دهند. آلیاژهای Ti، به‌دلیل CTE کم و ویژگی‌های خوردگی گالوانیکِ سازگار، برای تماس با CFRP ایده‌آل هستند.
آلیاژهای تیتانیوم به‌علت ویژگی‌های استحکامی قابل‌توجه‌شان، که به چندین عملیات حرارتی مانند سرد کردن ناگهانی ، پیر سخت‌سازی و بازپخت بستگی دارند انتخاب می‌شوند. Ti6Al4V آلیاژ تیتانیومی است که به‌دلیل ویژگی‌های گسترده‌ی مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی بیشترین استفاده را دارد.
کلیه‌ی فرایندهای شکل‌دهی و فرم‌دهی کلاسیک را می‌توان از طریق نورد، آهنگری، اکستروژن و ریخته‌گری، برای تولید محصولات شکل‌داده‌شده به کار برد. به‌دلیل تمایل زیاد تیتانیوم به ترکیب با اکسیژن و دیگر گازها، فرایندهای ریخته‌گری و ذوب تحت شرایط خلاء انجام می‌شود تا از اثرات مخرب و کاهش ویژگی‌های مفید جلوگیری گردد.
در طرح‌های بهینه‌شده با تیتانیوم آسیب‌پذیری در برابر تنش کم شده و توزیع بار بهبود می‌یابد و این شرایط سبب افزایش عمر مفید در صنایع هوافضایی می‌گردد. با تحقیقات موفقیت‌آمیزی که انجام می‌گیرد، سازندگان مشتاقانه منتظر افزایش استفاده از قطعات فلزی در هوافضا و هوانوردی هستند.
