相對密度

二氧化鈦的相對密度隨其結晶形態、粒徑大小、化學組分、特別是與表面處理量大小有關，在制造過程中，隨煅燒溫度的提高和煅燒時間的延長而增長。在常用的白色顏料中，二氧化鈦的相對密度最小，同等質量的白色顏料，二氧化鈦的表面積最大，顏料體積最高。銳鈦型二氧化鈦的相對密度3.8～3.9g/cm3，金紅石型二氧化鈦的相對密度為4.2～4.3g/cm3。

熔點和沸點

由于銳鈦型和板鈦型二氧化鈦在高溫下都會轉變成金紅石型，因此它們的熔點和沸點實際上是不存在的。金紅石型二氧化鈦的熔點數值各資料記載不一致，一般認為在1800~1875℃，有資料介紹在空氣中的熔點為1830±15℃，而在富氧中的熔點為1879±15℃，熔點與二氧化鈦的純度有關。金紅石型二氧化鈦的沸點為(3200±300)K。

介電常數

由于二氧化鈦的介電常數較高，因此具有優良的電學性能。在外電場的作用下，其離子之間相互作用，形成了極強的局部內電場。在這個內電場的作用下，離子外層電子軌道發生了強烈變形，離子本身也隨之發生了很大位移。二氧化鈦晶型所含微量雜質等都對介電常數影響很大。金紅石型的介電常數隨二氧化鈦晶體的方向而不同：當與C軸相平行時，測得其介電常數180;呈直角時為90;其粉末平均值為114。銳鈦型二氧化鈦的介電常數只有48。

電導率

二氧化鈦具有半導體的性能，其電導率隨溫度的上升而迅速增加，而且對缺氧也非常敏感。如金紅石型二氧化鈦在20℃時還是絕緣體，但加熱到420℃時電導率增加了107倍;按化學計量組成的二氧化鈦(TiO2)電導率<10-10s/m，而當二氧化鈦失去少量氧時如TiO1.9995的電導率卻有10-1s/m。電子工業常利用金紅石型二氧化鈦的介電常數和半導體性質來生產陶瓷電容器等電子元器件。

硬度

若以10分制標度的莫氏硬度計時(它的數值僅表示各種晶體硬度的級別并不表示其真實比值)，銳鈦型二氧化鈦的硬度為5.5～6.0，金紅石型二氧化鈦為6～7。硬度與二氧化鈦的晶型結構有關，在生產中與產品的純度和煅燒溫度有關，溫度高容易燒結，硬度也隨之增高。正是由于金紅石型二氧化鈦的硬度高，難粉碎因而對噴絲孔的磨損率較高，對輥筒的磨損也較大，所以不適用于化學纖維消光和照相凹板印刷。

吸濕性

二氧化鈦雖具有親水性，但吸濕性不太強，銳鈦型的吸濕性比金紅石型大一些。二氧化鈦的吸濕性與其表面處理時的處理劑性質有關，也與其比表面積的大小有一定的關系，比表面積大的吸濕性也略高。

熱穩定性

二氧化鈦屬于熱穩定性的化合物，在真空下強熱時會有輕微的失氧現象，并伴隨顯出暗藍色，該反應是可逆的，冷卻后會恢復到原來的白色。