Thallium-Verbindungen werden wegen ihrer Flüchtigkeit bei Verhüttungsprozessen anderer Metalle, bei der Zementfabrikation sowie bei der Kohle- und Müllverbrennung freigesetzt. Thalliumhaltige Flugstäube wurden in Deutschland in der Umgebung von Zementwerken gemessen. Thallium kommt auch zum Einsatz bei der Herstellung von Spezialgläsern und bei elektronischen Geräten mit Hochtemperatur-Supraleitfähigkeitsfilmen. Thalliumhaltige Dünnschichten finden heute breite Anwendung, zum Beispiel auch in Mobilfunkgeräte
Thalliumsalze, insbesondere Thalliumsulfat, wurden früher häufig als Rodentizide zur Schädlingsbekämpfung und Thallium(I)acetat als kosmetisches Enthaarungsmittel eingesetzt. Aus der nicht sachgerechten Anwendung dieser Präparate resultierte überwiegend die gut dokumentierte Kenntnis der akuten Toxizität.
Als ubiquitäres Element lässt sich Thallium auch in Lebensmitteln, Trinkwasser und Luft in unterschiedlichen Mengen nachweisen. In Regionen fernab von erkennbaren Kontaminationsquellen sind die Gehalte sehr gering. Pflanzen nehmen Thallium über die Wurzeln auf. Höhere Bodenwerte können beispielsweise in der Nähe von Zementwerken gemessen werden, denn bei der Zementherstellung gelangt thallium-haltiger Staub in die Umwelt und gelangt so in die Nahrungskette.
Laut Umweltbundesamt ist "derzeit keine Gefahr einer allgemein zunehmenden Kontamination der Umwelt durch Thallium zu erkennen".
Thallium und seine Verbindungen sind außerordentlich toxisch; sie sind giftiger als die Verbindungen von Blei, Cadmium oder Quecksilber und waren vor allem in der Vergangenheit Anlass akzidenteller, suizidaler oder homizidaler Vergiftungen. Heute treten sie sehr selten auf.
Thallium und seine Verbindungen wirken überwiegend als allgemeine Zellgifte und können Leber-, Nieren- und Nervenschäden auslösen.
Thallium wird bei Aufnahme über den Magen-Darm-Trakt oder die Lungen rasch und nahezu quantitativ resorbiert und schnell über den gesamten Organismus verteilt. In Abhängigkeit von der Höhe der aufgenommenen Dosis treten die Symptome der Vergiftung zum Teil erst Wochen nach Exposition auf.
Die höchsten Konzentrationen werden in Darm, Leber, Nieren, Herz, Gehirn und Muskulatur gefunden. Thallium durchdringt leicht biologische Membranen; so passiert Thallium die Blut-Hirn-Schranke und die Plazentaschranke und wird auch in die Muttermilch sezerniert.
Thallium wird hauptsächlich über Urin (circa 2/3) und Faeces (circa 1/3) ausgeschieden. Allerdings erfolgt die Elimination wegen eines ausgeprägten enterohepatischen Kreislaufs nur sehr langsam. Durch die orale Zufuhr des Antidotum Thallii Heyl kann die Rückresorption aus dem Darm verhindert und so der enterohepatische Kreislauf unterbrochen werden.
Das verschreibungspflichtige Antidotum Thallii Heyl wird zur Behandlung akuter Thalliumvergiftungen verabreicht. Diese treten heute selten auf.
Der Verdacht einer Thalliumintoxikation wird labordiagnostisch hauptsächlich im Urin bestimmt, und zwar vor jeglicher Chelatierung. Verlässliche Referenzwerte für Thallium im Urin wurden vom Umweltbundesamt erstellt, von uns intern bestätigt und übernommen. Fand eine außergewöhnliche Belastung statt, kann diese noch im Urin nachgewiesen werden.
Thallium wird auch in Haaren getestet, vor allem bei Fragestellungen der forensischen Medizin und wenn Langzeitbelastungen vermutet werden oder eine erhöhte Aussetzung vor mehr als 4 Monaten stattfand.
Die Untersuchung von Thallium in Blutproben ist nur dann sinnvoll, wenn eine zeitnahe Intoxikation vorliegt, da Thallium sehr rasch aus dem Blut eliminiert wird.