Le thallium a été découvert par le chimiste anglais William Crookes en 1861 en Angleterre alors que celui-ci étudiait par spectroscopie la lumière émise par un minerai de sélénium chauffé. Claude Auguste Lamy sera le premier à isoler, la même année à Lille, le thallium métallique.
Son nom thallium, en latin scientifique, provient du grec θαλλός thallos "bourgeon", du fait de sa ligne spectrale d'émission vert brillant (le même étymon a donné en français le mot thalle "branche verte").
C'est un métal gris, malléable, très tendre (se coupe au couteau) qui ressemble au plomb et se ternit comme lui lorsqu'il est exposé à l'air.
Il est produit à partir de pyrites en même temps que l'acide sulfurique ainsi que lors de l'extraction du plomb et du zinc.
Il est présent dans les nodules sous-marins de manganèse.
Cet élément chimique a été utilisé pour empoisonner le combattant nationaliste camerounais Félix-Roland Moumié à Genève en 1960.
Le thallium est hautement toxique : il est présent dans certains insecticides et autrefois dans la mort aux rats. Il a parfois été utilisé en tant que poison car, réduit en poudre, il est inodore, incolore et la dose létale se situe à 1 gramme. En tant que simple élément chimique à l'état métallique, le fait de le toucher est déjà extrêmement dangereux. L'usage du thallium en tant qu'insecticide dans la mort aux rats tend à disparaître depuis que son effet cancérigène a été démontré.