Titan có đường kính 5.150 km, lớn hơn cả của Sao Thủy (4.879 km), gần gấp rưỡi Mặt Trăng (3.474 km) và hiện là vệ tinh tự nhiên lớn thứ hai trong toàn hệ Mặt Trời. Trước khi Voyager 1 tới đây vào năm 1980, Titan được cho là hơi lớn hơn Ganymede (đường kính 5.268 km) và vì thế là vệ tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời; đây là sự ước tính quá mức do mật độ của Titan, khí quyển dày, kéo dài nhiều dặm trên bề mặt của nó làm tăng kích thước đường kính biểu kiến.[16] Khối lượng và đường kính của Titan (và vì thế cả mật độ của nó) tương tự với các vệ tinh của Sao Mộc là Ganymede và Callisto.[17] Dựa trên mật độ chính của nó 1,88 g/cm³, thành phần chính của Titan gồm một nửa băng nước và một nửa vật liệu đá. Dù tương tự về thành phần với Dione và Enceladus, nó đặc chắc hơn vì lực nén hấp dẫn.

Titan có lẽ được phân chia thành nhiều lớp với một tâm đá 3.400 km được bao quanh bởi nhiều lớp gồm các hình thức tinh thể băng khác nhau.[18] Phía bên trong của nó có thể vẫn nóng và có thể có một lớp chất lỏng gồm nước và amoniac giữa lớp vỏ băng Ih và các lớp băng phía dưới gồm các hình thức băng áp lực cao. Bằng chứng về một đại dương như vậy gần đây đã được tàu thăm dò Cassini khám phá dưới hình thức sóng radio tự nhiên tần số cực thấp (ELF) trong khí quyển Titan. Bề mặt của Titan được cho là có độ phản xạ kém với các sóng tần số cực thấp, vì thế sóng radio có thể được phản hồi từ một biên giới băng lỏng của một đại dương dưới mặt đất.[19] Các đặc điểm bề mặt được tàu thăm dò Cassini quan sát được nâng lên một cách có hệ thống tới 30 km trong khoảng giữa tháng 10 năm 2005 và tháng 5 năm 2007, cho thấy lớp vỏ đang bị tách ra từ bên trong, và cung cấp bằng chứng thêm nữa về một lớp chất lỏng bên dưới.[20]