Выявлены особенности пространственного распределения частиц Ti3Ni4 в неоднородной зеренно-субзеренной структуре нанокристаллического сплава Ti – 50.9 ат.% Ni в зависимости от температуры старения. Установлено, что наличие в наноструктуре ансамбля внутренних границ раздела различного типа способствует гетерогенному распределению наночастиц Ti3Ni4 в объеме B2-матрицы, что связано с выделением частиц в области малоугловых границ субзерен и подавлением распада твердого раствора в нанозернах с большеугловыми границами. Исследована взаимосвязь эволюции системы выделяющихся частиц Ti3Ni4 в процессе термообработок со стадийностью мартенситных превращений в нанокристаллическом сплаве TiNi с неоднородной зеренно-субзеренной структурой. Показано, что различие в структурно-фазовом состоянии областей субструктуры и нанозерен является основной причиной реализации аномального эффекта R-фазового превращения в последовательности многостадийных мартенситных превращений B2 ↔ R ↔ B19′.