钛酸铝属斜方晶系拟板钛矿(Fe2TiO5，Pseudobrookite)型结晶。各晶轴方向热膨胀系数分别为αa＝11.8×10-6/℃、αb＝19.4×10-6/℃、αc＝-2.6×10-6/℃。据此算出平均热膨胀系数为9.5×10-6/℃，比α-型三氧化二铝大。钛酸铝陶瓷是著名的热膨胀系数较低的材料，但其在高温煅烧时易裂，机械强度较差。此外，钛酸铝在约1000℃下加热，容易分解成为氧化物，而且在还原气氛中容易转化成为其他化合物。

钛酸铝为假板钛矿结构族化合物，属正交晶系，其晶体在不同方向上的热膨胀系数显著不同，因此在烧成冷却后，由于内部应力过大，在内部产生大量的微裂纹。在钛酸铝晶体结构中，每个铝离子和钛离子被形成八面体的六个氧原子所包围而位于八面体的中心，这些TiO6或A1O6在a轴、b轴方向上，以共用边相连。在c轴方向上，3个八面体的顶点连接起来形成连续的链，各链条在空间无限延伸，相互交叉联结，形成空间网状结构，这在宏观上表现出较低的热膨胀系数，但同时也使烧结体的强度大大降低。钛酸铝陶瓷以其优异的热性能引起人们广泛的关注。有些钛酸铝材料在温度不太高时，其热膨胀系数较低有时为负值，这就是该类材料具有较强的抗热震能力，尤其在较高温度和冷热频繁交换条件下的应用具有很大的潜力。