Методами рентгеновского и металлографического анализов исследованы структурное и фазовое состояния поверхностных слоёв технически чистого титана ВТ1-0 и промышленного титанового сплава ВТ6 после лазерной обработки в различных газообразных средах в режимах оплавления. Установлено, что лазерное оплавление технически чистого титана ВТ1-0 во всех случаях приводит к структурным изменениям в поверхностных слоях обработанных образцов, в результате чего микротвёрдость оплавленных поверхностей возрастает в 1,3–1,4 раза (в атмосфере аргона), в 3,0–3,1 раза (в атмосфере воздуха) и в 4,4–4,5 раза (в атмосфере азота). В результате лазерного оплавления легированного титанового сплава ВТ6 в атмосфере аргона наблюдается снижение значений микротвёрдости вследствие образования мартенситной фазы, несмотря на влияние альтернативного фактора, а именно, повышения степени дисперсности структуры. Во время лазерного оплавления титанового сплава ВТ6 в атмосферах воздуха и азота наблюдалось образование высокопрочного кубического нитрида титана типа TiN, формирование пересыщенного твёрдого раствора внедрение азота и кислорода в $\alpha$-Ti, повышение степени дисперсности структуры. Все вышеперечисленные факторы приводят к увеличению значений микротвёрдости в 1,3–1,4 раза и 1,4–1,5 раза при лазерном оплавлении в атмосфере воздуха и азота соответственно. Поэтому способ лазерной обработки поверхностей, представленный в данной статье, является эффективным методом обработки поверхности титановых сплавов, поскольку качественно влияет на структуру, что, в свою очередь, приводит к улучшению механических характеристик поверхностных слоёв.