Методами просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноструктурного фазового анализа, микроиндентирования изучено изменение структуры, фазового состава, модуля упругости и твердости в сплавах системы Ti–(9.6–34) ат. % Nb после закалки в воду от температур нагрева, соответствующих β-области. Показана взаимосвязь между уровнем физико-механических свойств (модуль упругости, микротвердость) и объемной долей фиксируемых метастабильных фаз в закаленных из β-области сплавах системы Ti–Nb. Отмечено, что образование при закалке сплава Ti–13.3 ат. % Nb ω-фазы аномальной морфологии в виде массивных пластин приводит к получению максимальных значений модуля упругости и микродюрометрических характеристик. Обоснован рост модуля упругости метастабильного β-твердого раствора при повышении содержания ниобия в сплавах за счет уменьшения среднего расстояния между атомами типа ниобий-ниобий в ОЦК-решетке. Рассмотрена принципиальная возможность расчета модуля упругости закаленных сплавов системы Ti–Nb, исходя из аддитивного вклада модулей упругости, фиксируемых при закалке фаз, пропорционально их объемной доле.