El talio es un metal disperso blanco plateado, blando, extremadamente tóxico; en la naturaleza casi nunca forma yacimientos independientes sino que está asociado en el polvo de tostación de los minerales de plomo-zinc, minerales de hierro y ciertos minerales sulfurados polimetálicos. Sus usos industriales modernos están muy restringidos, concentrados principalmente en dos direcciones: óptica infrarroja y materiales electrónicos especiales. En óptica infrarroja, los monocristales de bromoyoduro de talio (KRS-5) y de bromocloruro de talio tienen una excelente transmisión en el infrarrojo medio y son relativamente blandos, usados como prismas, ventanas y lentes en espectrómetros infrarrojos y equipos de imagen térmica. En superconductividad y materiales especiales, los superconductores de alta temperatura basados en talio (como el sistema Tl-Ba-Ca-Cu-O) atrajeron en su día interés investigador, con temperaturas críticas por encima del rango del nitrógeno líquido, pero como el talio es muy tóxico y difícil de preparar, nunca alcanzaron un uso comercial a gran escala. Históricamente, las sales de talio se usaban como raticidas e insecticidas; como son igualmente tóxicas para humanos y ganado y los incidentes de envenenamiento se repetían, tales usos agrícolas han estado prohibidos en todo el mundo desde hace mucho. El talio también tiene pequeños usos médicos y de investigación en unas pocas aleaciones especiales, vidrios ópticos de alto índice de refracción y el agente de imagen cardíaca radioisotópico Tl-201. Por su toxicidad grave y la falta de antídoto específico, el talio está bajo estricto control internacional, y su escala civil se ha ido reduciendo.
El óxido de talio(I) (Tl2O) es uno de los principales óxidos del talio, un polvo negro usado principalmente para preparar otros compuestos de talio y como dopante en ciertos vidrios ópticos especiales, elevando su índice de refracción y su densidad. El cloruro de talio(I) (TlCl) es un cristal blanco poco soluble, un intermediario importante de la metalurgia del talio y una de las materias primas clave del cristal infrarrojo KRS-5 (bromoyoduro de talio), con un uso estable pero muy pequeño en la fabricación de componentes de óptica infrarroja. El sulfato de talio(I) (Tl2SO4) es un cristal blanco incoloro, inodoro, extremadamente tóxico, usado ampliamente en su día como raticida e insecticida; como envenenó repetidamente a humanos y ganado y contaminó el medio ambiente, su uso agrícola ha estado explícitamente prohibido en todos los países desde hace mucho, y ahora se usa solo en cantidades mínimas en el laboratorio y el análisis especial. Además, el bromuro de talio y el yoduro de talio son materias primas para cristales de óptica infrarroja, y el nitrato de talio se usa en algunos análisis químicos y la investigación de materiales luminiscentes. En conjunto, por los controles de toxicidad, esencialmente no existe un mercado civil para los compuestos de talio.
