На повітрі компактний тулій практично не окиснюється, при нагріванні у вологому повітрі слабко окиснюється. Взаємодіє з галогенами, халькогенами і N2 при нагріванні. У водному середовищі перебуває у вигляді похідних Tm(III). Хімічні властивості Тулій повільно, а при високій температурі активно реагує з киснем повітря з утворенням тулій (ІІІ) оксиду: 4 Tm + 3 O2 → 2 Tm2O3