Le thallium est un métal dispersé argenté-blanc, mou, extrêmement toxique ; dans la nature il ne forme presque jamais de gisements indépendants mais est associé dans la poussière de fumerie des minerais plomb-zinc, minerais de fer et certains minerais sulfurés polymétalliques. Ses usages industriels modernes sont fortement restreints, concentrés principalement en deux directions : l'optique infrarouge et les matériaux électroniques spécialisés. En optique infrarouge, les monocristaux de bromoiodure de thallium (KRS-5) et de bromochlorure de thallium ont une excellente transmission dans l'infrarouge moyen et sont relativement mous, utilisés comme prismes, hublots et lentilles dans les spectromètres infrarouges et l'équipement d'imagerie thermique. En supraconductivité et matériaux spécialisés, les supraconducteurs à haute température à base de thallium (comme le système Tl-Ba-Ca-Cu-O) ont autrefois attiré l'intérêt de la recherche, avec des températures critiques au-dessus du domaine de l'azote liquide, mais parce que le thallium est très toxique et difficile à préparer, ils n'ont jamais atteint un usage commercial à grande échelle. Historiquement, les sels de thallium étaient utilisés comme raticides et insecticides ; parce qu'ils sont également toxiques pour les humains et le bétail et que des incidents d'empoisonnement se sont répétés, ces usages agricoles sont depuis longtemps interdits dans le monde entier. Le thallium a aussi de petits usages médicaux et de recherche dans quelques alliages spécialisés, verres optiques à haut indice de réfraction et l'agent d'imagerie cardiaque radioisotope Tl-201. En raison de sa toxicité sévère et de l'absence d'antidote spécifique, le thallium est sous strict contrôle international, et son échelle civile rétrécit.
L'oxyde de thallium(I) (Tl2O) est l'un des principaux oxydes du thallium, une poudre noire utilisée principalement pour préparer d'autres composés du thallium et comme dopant dans certains verres optiques spécialisés, relevant leur indice de réfraction et leur densité. Le chlorure de thallium(I) (TlCl) est un cristal blanc peu soluble, un intermédiaire important de la métallurgie du thallium et l'une des matières premières clés du cristal infrarouge KRS-5 (bromoiodure de thallium), avec un usage stable mais très modeste dans la fabrication de composants d'optique infrarouge. Le sulfate de thallium(I) (Tl2SO4) est un cristal blanc incolore, inodore, extrêmement toxique, autrefois largement utilisé comme raticide et insecticide ; parce qu'il a empoisonné à plusieurs reprises humains et bétail et pollué l'environnement, son usage agricole est depuis longtemps explicitement interdit dans tous les pays, et il n'est maintenant utilisé qu'en quantités infimes au laboratoire et en analyse spéciale. De plus, le bromure de thallium et l'iodure de thallium sont des matières premières pour les cristaux d'optique infrarouge, et le nitrate de thallium est utilisé dans quelques analyses chimiques et la recherche sur les matériaux luminescents. Dans l'ensemble, en raison des contrôles de toxicité, il n'y a essentiellement pas de marché civil pour les composés du thallium.
