Τα δεδομένα δυναμικού ηλεκτροδίου της αντίδρασης ηλεκτροδίου του τιτανίου δείχνουν ότι η επιφάνεια του είναι πολύ ενεργή και συνήθως καλύπτεται με το μεμβράνη οξειδίου που σχηματίζεται φυσικά στον αέρα. Ως εκ τούτου, η εξαιρετική αντίσταση στη διάβρωση του τιτανίου προέρχεται από το γεγονός ότι υπάρχει πάντα μια σταθερή, ισχυρή προσκόλληση και προστατευτική μεμβράνη οξειδίου στην επιφάνεια του τιτανίου. Στην πραγματικότητα, η σταθερότητα αυτής της φυσικής μεμβράνης οξειδίου καθορίζει την αντίσταση στη διάβρωση του τιτανίου. Θεωρητικά, ο λόγος P/B του προστατευτικού οξειδίου πρέπει να είναι μεγαλύτερος από 1. Εάν είναι μικρότερος από 1, το μεμβράνη οξειδίου δεν μπορεί να καλύψει πλήρως την μεταλλική επιφάνεια, οπότε δεν μπορεί να διαδραματίσει προστατευτικό ρόλο. Εάν η αναλογία είναι πολύ μεγάλη, η συμπιεστική τάση στο μεμβράνη οξειδίου θα αυξηθεί αντίστοιχα, πράγμα που είναι εύκολο να προκαλέσει σπάσιμο του μεμβράνης οξειδίου και δεν θα διαδραματίσει προστατευτικό ρόλο. Ο λόγος P/B του τιτανίου κυμαίνεται από 1 έως 2,5 σύμφωνα με τη σύνθεση και τη δομή του μεμβράνης οξειδίου. Από αυτό το βασικό σημείο, η μεμβράνη οξειδίου του τιτανίου μπορεί να έχει καλύτερη προστατευτική απόδοση.
Όταν η επιφάνεια του τιτανίου εκτίθεται στο διάλυμα ατμόσφαιρας ή νερού, θα δημιουργήσει αυτόματα μια νέα μεμβράνη οξειδίου αμέσως, για παράδειγμα, το πάχος της μεμβράνης οξειδίου είναι περίπου 1 2 ~ 1,6 nm και πυκνώνει με το χρόνο, φυσικά πυκνά έως 5 NM μετά από 70 ημέρες και σταδιακά αυξάνεται σε 8 ~ 9 nm μετά από 545 ημέρες. Οι τεχνητά ενισχυμένες συνθήκες οξείδωσης (όπως η θέρμανση, χρησιμοποιώντας οξειδωτικό ή ανοδικό οξείδωση) μπορούν να επιταχύνουν την ανάπτυξη του μεμβράνης οξειδίου στην επιφάνεια του τιτανίου και να αποκτήσουν ένα σχετικά παχύς μεμβράνης οξειδίου, βελτιώνοντας έτσι την αντοχή στη διάβρωση του τιτανίου. Επομένως, η μεμβράνη οξειδίου που σχηματίζεται από ανοδική οξείδωση και θερμική οξείδωση θα βελτιώσει σημαντικά την αντίσταση στη διάβρωση του τιτανίου.
Η μεμβράνη οξειδίου του τιτανίου (συμπεριλαμβανομένης της μεμβράνης θερμικού οξειδίου ή της μεμβράνης ανοδικού οξειδίου) δεν είναι συνήθως μία ενιαία δομή και η σύνθεση και η δομή του οξειδίου του ποικίλλουν ανάλογα με τις συνθήκες σχηματισμού. Γενικά, η διεπαφή μεταξύ του μεμβράνης οξειδίου και του περιβάλλοντος μπορεί να είναι TiO2, ενώ η διεπαφή μεταξύ του μεμβράνης οξειδίου και του μετάλλου μπορεί να κυριαρχείται από το TiO2. Στη μέση, μπορεί να υπάρχουν μεταβατικά στρώματα με διαφορετικές καταστάσεις σθένους, ακόμη και μη χημικά ισοδύναμα οξείδια, πράγμα που σημαίνει ότι η μεμβράνη οξειδίου του τιτανίου έχει δομή πολλαπλών στρωμάτων. Όσο για τη διαδικασία σχηματισμού αυτού του μεμβράματος οξειδίου, δεν μπορεί να γίνει απλώς κατανοητή ως η άμεση αντίδραση μεταξύ τιτανίου και οξυγόνου (ή οξυγόνο στον αέρα). Πολλοί ερευνητές πρότειναν διάφορους μηχανισμούς. Οι πρώην εργαζόμενοι της Σοβιετικής Ένωσης πίστευαν ότι το υδρίδιο δημιουργήθηκε για πρώτη φορά και στη συνέχεια σχηματίστηκε η μεμβράνη οξειδίου στο υδρίδιο.