El proceso de fundición del titanio se lleva a cabo por etapas complejas. La esponja de titanio se obtiene convirtiendo la ilmenita en tetracloruro de titanio, colocándola luego en un tanque de acero inoxidable sellado, llenándolo con gas argón y haciéndolo reaccionar con magnesio metálico. La esponja de titanio no se puede utilizar directamente, y la esponja de titanio debe fundirse hasta convertirse en líquido en un horno eléctrico antes de poder fundirse en lingotes de titanio. Pero este tipo de horno eléctrico requiere una tecnología muy alta, además de que el aire del horno eléctrico debe bombearse limpio, lo que es más estresante es que es imposible encontrar un crisol que contenga titanio líquido, porque el material refractario general contiene óxidos, y el oxígeno que contiene será eliminado por el titanio líquido. Más tarde, la gente finalmente inventó un horno eléctrico con un "crisol de cobre enfriado por agua". Solo la parte central del horno está caliente, el resto está frío, y el titanio se funde en el horno y fluye hacia la pared del crisol de cobre enfriado con agua, donde inmediatamente se condensa en lingotes de titanio.
El método de producción en masa de titanio en la industria es el método Klorr: el titanio metálico se produce primero por la acción del cloro y el carbono sobre ilmenita (TiFeO₃) o rutilo (TiO₂). El tetracloruro de titanio (TiCl₄) resultante se separa luego del cloruro férrico (FeCl₃) por destilación. Finalmente, el tetracloruro de titanio se reduce con magnesio metálico (Mg) para obtener titanio metálico. Se debe eliminar el aire del proceso de producción para evitar que el titanio reaccione con el oxígeno o el nitrógeno y forme impurezas.