由于锐钛型和板钛型二氧化钛在高温下都会转变成金红石型，因此板钛型和锐钛型二氧化钛的熔点和沸点实际上是不存在的。只有金红石型二氧化钛有熔点和沸点，金红石型二氧化钛的熔点为1850摄氏度、空气中的熔点 1830摄氏度左右、富氧中的熔点1879摄氏度，熔点与二氧化钛的纯度有关。金红石型二氧化钛的沸点为 3200K，在此高温下二氧化钛稍有挥发性。