钛在航天工业中的应用，主要利用其低密度、高强度、耐高温、耐腐蚀等性能。 钛在航天工业中应用也达到了减轻发射重量、增加射程、节省费用的目的，是航天工业的热门材料。在火箭、导弹和航天工业中可用作压力容器、燃料贮箱、火箭发动机壳体、火箭喷嘴套管、人造卫星外壳、载人宇宙飞船船舱（蒙皮及结构骨架）、起落架、登月舱、推进系统等。
美国一级火箭发动机壳体材料广泛使用的是Ti-6Al-4V合金。使用该合金的还有：巨形圆筒状的液体火箭容器；洲际弹道导弹、“民兵”导弹等多个球形和椭圆形的发动机壳体等。另一方面，由于Ti-6Al-4VELI和Ti-5Al-2.5SnELI合金间隙元素特别是氧含量低，能在超低温下使用，所以这些合金都用作火箭与导弹液态氢容器、“水星”宇宙飞船及“双子星座”飞船的密封舱，以及在月球上着陆成功的“阿波罗(Apollo)”宇宙飞船的主要结构件。航天工业使用的钛及钛合金中除了使用了工业纯钛、Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-6Al-4VELI和Ti-5Al-2.5SnELI以外，还有Ti-7Al-4Mo、Ti-3Al-2.5V、Ti-13V-1Cr-Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al及Ti/B-Al复合材料。宇宙飞船航天飞机，是能够反复使用的世界上最早载人的宇宙飞船。从1972年开始研制，1981年第一次飞行成功。宇宙飞船由有小形翼的飞行器和47m长的外部燃料容器及总计500t的2座固体燃料火箭助推器构成。轨道宇宙飞船，长37m，重约68t，该尺寸和喷气式运输机DC-9大体相同，是迄今最大的载人宇宙飞船，其货仓长度为18m，直径为5m，能把29.5t的货物运送到地球轨道上。航天飞机能像火箭那样发射，并像宇宙飞船那样，在最大高度1000km的轨道上飞行，在没有推力的情况下，能像飞机那样滑翔着陆。这种航天飞机，本质上是宇宙运输船，所以，判断其有用性的参数之一，是往返于地球和地球轨道间运输的有效载重量。为使这个有效载重量最大，钛合金成为航天电机构件的重要材料。轨道宇宙飞船的设计寿命为100次飞行，每次飞行在宇宙间停留日期为7~30天，宇宙飞船是载人的，所以设计成能适应宇宙空间环境（真空、在轨道上的极端温差、返回大气层时的发热等），并反复使用。
