本发明涉及TC18钛合金的热处理方法，属材料技术领域。所述TC18钛合金热处理首先在Tβ+70℃～Tβ+130℃的温度下保温1h，随后水冷冷却至室温；然后把合金在550℃～600℃下保温6～8h，水冷至室温；最后将合金在300～450℃下时效2～4h。本发明通过固溶和双级时效，通过对保温温度、时间和冷却方式的选取，能够有效调控合金的微观组织，得到等轴α相、条状α相、大量细针状α和β相基体搭配的显微组织，使TC18钛合金获得更高的强度以及良好的塑性。本发明工艺简单可控，所得产品性能优良，便于大规模工业化应用。