四氯化钛是一种无色密度较大的液体，当样品不纯时可能呈现黄色或红棕色。与其他金属氯化物不同，四氯化钛是少数在室温下呈液态的过渡金属氯化物之一，这是由于其分子间作用力较弱所致。大多数金属氯化物是聚合物，其中金属原子通过氯桥连接，而四氯化钛的分子间作用力主要是弱的范德华力，因此其熔沸点较低。
四氯化钛的分子结构为四面体形状，每个钛原子与四个氯配体相连。钛离子具有与稀有气体氩相同的电子数，因此四氯化钛分子呈闭壳层结构，具有高度的对称性。
四氯化钛可溶于非极性溶剂如甲苯和氯代烃。研究表明，在某些芳香化合物中溶解四氯化钛的过程中会生成类似于[(C6R6)TiCl3]+的配合物。此外，四氯化钛与路易斯碱溶剂（如THF）反应会放热并生成六配位的加合物。对于体积较大的配体，产物则是五配位的TiClL。需要注意的是，存放四氯化钛时会生成钛氧化物和氯氧化物，这可能导致塞子和注射器的粘连。
四氯化钛可以通过氯化法制备。具体过程是，在900°C的温度下，使用碳在氯气氛中与钛氧化物矿物（如钛铁矿和金红石）反应，然后通过蒸馏纯化产物。四氯化钛的制备成本较低，通常在实验室中使用。
四氯化钛与四溴化钛和四碘化钛具有类似的结构和化学性质。例如，TiCl4和TiBr4可以反应生成混合卤化物TiCl4-x.Brx（其中x = 0，1，2，3，4）。核磁共振结果显示，TiCl4和VC13之间存在相当快速的卤素交换。
四氯化钛是一种强路易斯酸。其水解反应体现了其作为电子受体的特性，生成中间体TiCl4(H2O)。四氯化钛可以与THF反应生成黄色的TiCl(THF)2，继续与Cl-反应则生成[Ti2Cl9]-、[Ti2Cl10]2-和[TiCl6]2-。有趣的是，四氯化钛与氯离子的反应与相应的正离子有关，例如与NBu.Cl反应得到五配位的NBu4TiCl5，而与体积较小的NEt4Cl反应则得到(NEt4)2Ti2Cl10。这些反应显示了静电引力对离子性很强的化合物的影响。
在有机合成中，四氯化钛常用作路易斯酸。在Mukaiyama羟醛反应中，TiCl4与电子给予体（醛）发生反应，生成类似于(RCHO)TiCl4?C(H)R的加合物。在McMurry反应中，使用锌、四氯化钛和氢化铝锂（或其他还原剂）作为催化剂，可以将醛或酮还原二聚生成烯烃。
四氯化钛及其衍生物可用作制备齐格勒-纳塔催化剂的前体。其机理可能涉及以下步骤：
四氯化钛可以被还原为TiCl43。
使用铝在THF中还原四氯化钛，产物是淡蓝色的四氢呋喃加合物TiCl3(THF)。
四氯化钛具有水解性，其危险性主要与生成的氯化氢有关。此外，四氯化钛也是一种强路易斯酸，会与路易斯碱（甚至是弱路易斯碱）放热反应形成加合物，并且与水反应可能会产生爆炸。
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