Методами рентґенівського фазового та металографічного аналізів досліджено структурно-фазовий стан поверхневих шарів жаростійкого двофазного титанового стопу ВТ-8 після лазерної обробки в різних газових середовищах. Встановлено, що лазерне обтоплення в атмосферах арґону, азоту та повітря призводить до структурних змін у поверхневих шарах, внаслідок чого відбувається зростання їхньої мікротвердості. Показано, що у разі лазерної обробки в атмосфері арґону відбувається повне поліморфне $\beta \to \alpha^{'}$-перетворення за мартенситним механізмом, що разом зі зростанням ступеня дисперсності структури призводить до підвищення значень мікротвердості з 2,99 ГПа до 5,62 ГПа. Під час лазерного обтоплення в атмосферах азоту та повітря зміна мікротвердості оброблених поверхонь відбувається внаслідок комплексного впливу декількох факторів: підвищення ступеня дисперсності структури, утворення високоміцних кубічних нітридів титану типу TiN та формування пересичених твердих розчинів втілення Нітроґену та Оксиґену у ґратниці $\alpha$-титану. Перераховані чинники викликають зростання мікротвердості поверхневих шарів зони лазерного обтоплення до 7,82 ГПа (в атмосфері азоту) та 6,56 ГПа (в атмосфері повітря).