タリウムは銀白色で柔らかく、極めて毒性の強い希薄金属である。自然界で独立した鉱床を作ることはほとんどなく、鉛亜鉛鉱、鉄鉱石、一部の多金属硫化鉱の製錬ダストに随伴している。現代の工業用途は強く制限されており、主に赤外線光学と特殊電子材料の二つの方向に集中している。赤外線光学では、臭ヨウ化タリウム（KRS-5）や臭塩化タリウムの単結晶は中赤外域で優れた透過性を持ち、比較的軟らかいため、赤外分光器や熱画像装置のプリズム、窓、レンズとして用いられる。超伝導や特殊材料では、タリウム系高温超伝導体（たとえば Tl-Ba-Ca-Cu-O 系）がかつて研究的関心を集め、臨界温度は液体窒素温度域を上回った。しかしタリウムは強毒で調製も難しいため、大規模な商業利用には至らなかった。歴史的には、タリウム塩は殺鼠剤や殺虫剤として使われたが、人や家畜にも同様に有毒で中毒事件が繰り返されたため、こうした農業用途は世界的にとっくに禁止されている。タリウムはまた、一部の特殊合金、高屈折率光学ガラス、Tl-201 放射線同位元素による心臓画像診断剤に、小規模な医療・研究用途を持つ。その強い毒性と特効解毒剤のなさから、タリウムは国際的に厳しく管理されており、民生規模は縮小傾向にある。
酸化タリウム(I)（Tl2O）はタリウムの主要酸化物の一つで、黒色粉末である。主に他のタリウム化合物を作るため、また特定の特殊光学ガラスのドーパントとして屈折率や密度を高めるために用いられる。塩化タリウム(I)（TlCl）は白色で難溶性の結晶であり、タリウム冶金の重要中間体であるとともに、赤外線結晶 KRS-5（臭ヨウ化タリウム）の主要原料の一つであり、赤外光学部品製造において安定的だが非常に少量の用途を持つ。硫酸タリウム(I)（Tl2SO4）は無色無臭の極めて毒性の強い白色結晶で、かつては広く殺鼠剤・殺虫剤として用いられた。人や家畜をたびたび中毒させ環境を汚染したため、農業用途は各国でとっくに明確に禁止されており、現在は実験室や特殊分析にごく少量用いられるにとどまる。これら以外にも、臭化タリウムやヨウ化タリウムは赤外光学結晶の原料であり、硝酸タリウムはいくつかの化学分析や発光材料研究に用いられる。全体として、毒性管理のためタリウム化合物には実質的な民生市場が存在しない。
