Биосовместимость металлических имплантатов во многом обусловлена составом, структурой и морфологией оксидного слоя на их поверхности. Уже в первых исследованиях в этой области была отмечена важная роль оксидного слоя на титановой поверхности в процессах биосовместимых реакций тканей с металлом, поскольку именно поверхностный оксид непосредственно взаимодействует с живыми клетками организма. Естественный оксид на поверхности титана толщиной в несколько нанометров образуется при окислении его на воздухе. От его структуры и физико-химического состояния зависит его биоинертность. 

После окисления титана на воздухе обычно формируется аморфный оксидный слой толщиной 3-4 нм на основе оксида TiO2. Непосредственно на оксидном слое существуют адсорбированные молекулы воды, гидроуглеродов, гидрооксидов, неорганических примесей и др. в зависимости от предварительной обработки поверхности и состава окружающей среды. При контакте с костной тканью формируется интерфейсный аморфный слой модифицированной костной ткани толщиной 100—500 нм. Клинические эксперименты показали, что во время длительного использования имплантата толщина оксидного слоя значительно увеличивается вплоть до 200 нм. 

Вместе с этим отмечается внедрение Ca и Р в оксидный слой. Неоднократно отмечалось, что защитный и стабильный оксид титана способствует остеоинтеграции. Однако свойства поверхностных оксидов и достоверный механизм остеоинтеграции оксидированных имплантатов еще не установлен. Среди поверхностных характеристик электролитически полученных оксидов, в частности методом микродугового окисления, можно выделить следующие: толщина оксидного слоя, химический состав, кристаллическая структура, пористость, размеры пор, плотность распределения пор, шероховатость (рельеф). Все перечисленные свойства оксидов ответственны за взаимодействия кости и имплантата.

Выделяют два основных процесса остеоинтеграции: 

1) проникновение костных клеток в поры и их рост (механическое сцепление); 
2) формирование биохимических связей.

Несмотря на то, что присутствующий на поверхности титана естественный оксидный слой считается биосовместимым, оксид титана редко формирует химические связи с костной тканью. Поэтому такой оксид относят к инертным керамическим материалам.

В случае нарушения сплошности такого оксидного слоя он быстро восстанавливается, если окружающая среда содержит кислород или воду. Однако при отсутствии источника кислорода наступает коррозия металла, поскольку прекращается регенерация оксидной пленки.Частичное нарушение оксидного слоя может привести в этом случае к питтинговой коррозии, т.е. к локальному разрушению металла. Поэтому необходима специальная обработка поверхности металлических биосовместимых имплантатов с целью повышения их коррозионных характеристик.