由于电荷-半径比大，钛离子Ti4+没有简单的水合形式，而是以沉淀形式存在于碱式氧合盐或水合氧化物中。虽然存在链式铁氧基离子TiO2+，但它既不溶于溶液中，也不存在于晶体盐中，例如TiOSO4·H2O，已证明它具有（TiO）n2n+链。
这些长链在晶体中由硫酸根连接起来，每个硫酸根与三个钛离子相接触。晶体中的水分子与钛原子相连，使得钛原子近似由氧八面体配位。
在稀高氯酸溶液中，存在以下平衡：
Ti(OH)3+＋H+ → Ti(OH)22+＋H2O
其中每个物种几乎都是确定的八面体配位，例如［Ti（OH）2（H2O）4］2+。在硫酸中，已提出存在［Ti（OH）2（H2O）4］SO4和共存物种（例如Ti（OH）3HSO4和Ti（OH）2HSO4+）。随着pH值的增大，发生聚合和进一步水解，最终形成胶体或水合TiO2沉淀。
阴离子络合物
将钛、TiF4或水合氧化钛溶解在HF溶液中，得到含有各种氟络离子的溶液，其中最主要的是稳定的TiF62-离子。TiF62-的络合物可以像结晶盐一样析出。
TiCl4在HCl溶液中生成氯氧络合物；但从饱和了气体HCl的TiCl4溶液中可以得到［TiCl6］2-离子的盐。较好的制备方法是使TiCl4和KCl或TiCl4和Me4N+Cl-在SOCl2溶液中反应。绿色或黄色［TiCl6］2-离子的盐在水中水解成氧合物。
TiX4的加合物
钛的所有卤化物都可以形成TiX4L或TiX4L2型的加合物。它们是正常的晶体，通常溶于有机溶剂，因此已经对它们的光谱和其他性质进行了充分研究。TiX4与某些给体（例如R3P或R3As）可以形成难溶的加合物；而与四氢呋喃配位特别强。
一般来说，加合物中钛的配位数为八面体。因此，［TiCl4（OPCl3）］2和［TiCl4（MeCOOEt）］2是具有两个氯桥的二体，而TiCl4（OPCl3）2具有顺式-OPCl3基配位。只有少数八配位体络合物，这些络合物要么具有螯合的P（或As）给体，要么是氨荒酸盐。
过氧络合物
在TiⅣ溶液中加入过氧化氢会呈现出深橙色，这是TiⅣ水溶液最典型的反应之一，因此可以用来比色测定Ti或H2O2。对该体系的详细研究表明，在pH低于1的条件下，主要物种可能是［Ti（O2）（OH）aq］+；在较低酸性的溶液中，较复杂的络合聚合过程会导致过氧合物的水合物沉淀。已经分离出不同的结晶盐，例如［Ti（O2）F5］3-、［Ti（O2）（SO4）2］2-和［Ti2O（O2）2（dipic）2］2-离子（其中dipic＝2,6-吡啶二羧酸盐）。后者具有μ-氧桥，而且所有物种似乎都有双齿过氧基。
TiCl4的溶剂合反应；烃氧化物及其有关化合物
四氯化钛与许多含有活泼氢原子（例如OH基中的氢原子）的化合物反应时，会伴随着HCl的除去。当不存在HCl的接受体时（例如胺和乙醇盐离子），氯化物的取代反应通常是不完全的。
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