Este óxido tiene un rango de no estequiometría muy amplio: a 1400ºC se han preparado todos los sólidos que van desde TiO0TiO<sub>0.7</sub> a TiO1TiO<sub>1.25</sub> siempre manteniendo una estructura derivada del NaCl. Cuando tenemos bajo contenido en oxígeno se producen vacantes en la subred del O2O<sup>2-</sup>, mientras el TiO1TiO<sub>1.25</sub> tiene vacantes en la subred del titanio, por lo que realmente responde a la fórmula Ti0Ti<sub>0.8O8</sub>O. Incluso el óxido estequiométrico 1:1, TiO, se debe considerar como un sistema con defectos: igual porcentaje de vacantes en la subred de titanio y de iones óxido.
Hasta la fecha ,la estructura límite TiO0TiO<sub>0.7</sub> no se ha determinado con detalle y por tanto la química estructuralcristaloquímica del sistema TiOxTiO<sub>x</sub> es muy complicada. A temperaturas por encima de 900C las vacantes están desordenadas por toda la estructura cúbica, en cambio por debajo de esta temperatura tenemos ordenamiento y en la fase TiO tenemos el 50% de cationes y de iones O2O<sup>2-</sup> ausentes de forma alternada cada tercer plano 110.
