Das Metall Thallium nimmt chemisch eine Position zwischen Gallium und Indium, den Elementen seiner Gruppe, sowie den Alkalimetallen ein. Verantwortlich dafür sind relativistische Effekte, die das s-Elektronenpaar der Valenzschale unreaktiv machen, so dass neben dem für die Gruppe typischen Oxidationszustand +3 auch der Zustand +1 Bedeutsam ist; deswegen taucht Thallium geologisch meistens zusammen mit Kalium auf. Im Universum entsteht es bei der Verschmelzung von Neutronensternen und in sterbenden Sternen niedriger Masse. In der Erdkruste ist Thallium mit einer Konzentration von mehr als einem halben Milligramm pro Kilogramm nicht allzu rar, etwa vergleichbar verbreitet wie Brom oder Antimon. Viele Salze des Metalls sind sehr giftig, lange Zeit war das Element Bestandteil von Rattengift und als Mordwaffe beliebt.

Thallium bildet zwar einige eigene Minerale, doch es gibt nur eine ökonomisch verwertbare eigene Lagerstätte des Elements. Der größte Teil des geförderten Thalliums stammt als Nebenprodukt aus anderen Quellen: Der Verhüttung von Kupfer, Blei und anderen Metallen, die aus Sulfidlagerstätten gefördert werden. In solchen Lagerstätten treten auch Thalliumminerale auf. Weltweit werden jedes Jahr nur wenige Tonnen Thallium pro Jahr gefördert, weil der Bedarf für das Element gering ist. Der größte Teil des Thalliums wird in elektronischen und optoelektronischen Bauteilen eingesetzt, weil seine elektrische Leitfähigkeit sich bei Bestrahlung mit Infrarotlicht verändert. Deswegen spielt das Element eine große Rolle in Photowiderständen und Infrarotdetektoren. Daneben erhöhen Thalliumsalze den Brechungsindex von normalen Gläsern erheblich. Eine Legierung aus acht Prozent Thallium in Quecksilber hat einen um 20 Grad niedrigeren Schmelzpunkt als reines Quecksilber; man kann es als Thermometermetall für niedrige Temperaturen nutzen.

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