Timbal
deret radioaktif utama yang ditemukan di alam. Distribusi isotop timbal di alam memiliki variasi yang tinggi tergantung keberadaan tiga isotop induk tersebut (uranium maupun torium). Misalnya, timbal yang diperoleh dari bijih torium dapat memiliki kelimpahan timbal-208 sebesar 90%, tetapi pada sampel biasa hanya memiliki kelimpahan 52%. Seiring perjalanan waktu, perbandingan timbal-206 dan
timbal-207 terhadap timbal-204 akan meningkat karena timbal-206 dan timbal-207 akan bertambah diakibatkan peluruhan unsur lain, sedangkan timbal-204 bukanlah produk akhir peluruhan. Fenomena ini dimanfaatkan sebagai basis metode penanggalan yang disebut penanggalan timbal-timbal untuk memperkirakan umur batuan. Selain itu, karena uranium meluruh menjadi timbal, perubahan konsentrasi uranium dan timbal
dimanfaatkan sebagai basis metode lain yang disebut metode penanggalan uranium-timbal. Isotop timbal-207 mengalami fenomena resonansi magnet inti (RMI, atau NMR, "nuclear magnetic resonance"), sehingga senyawa-senyawanya dapat diteliti melalui RMI baik dalam larutan, padatan, maupun dalam tubuh manusia.
Hampir seluruh timbal yang terdapat di alam terdiri dari isotop-isotop stabil yang disebut di atas. Selain itu, terdapat juga beberapa isotop radioaktif yang jumlahnya renik atau sangat kecil dan berumur sangat pendek. Salah satunya adalah timbal-210 yang waktu paruhnya hanya 22.3 tahun tetapi masih ditemukan di alam karena terus terbentuk sebagai
produk perantara dalam deret peluruhan uranium-238. Isotop timbal-211, timbal-212, dan timbal-214 berturut-turut adalah produk perantara deret peluruhan uranium-235, deret torium, dan deret uranium-238, sehingga juga ditemukan di alam dengan jumlah renik. Timbal-209 juga terbentuk pada peluruhan radium-223. Radium-223 adalah isotop langka yang terbentuk sebagai
produk sementara deret radioaktif uranium-235 dan deret neptunium-237, sehingga isotop timbal-209 dapat ditemukan dalam jumlah kecil pada bijih uranium. Timbal-210 dapat digunakan untuk memperkirakan umur sampel dengan menghitung nisbahnya terhadap timbal-206, karena keduanya terlibat dalam deret uranium-238.
Secara keseluruhan, terdapat 43 isotop timbal yang dapat disintesis, dengan nomor massa antara 178-220. Di antara isotop-isotop sintetis ini, timbal-205 adalah isotop yang paling stabil, dengan waktu paruh 1.5 tahun. Isotop sintetis terstabil berikutnya adalah timbal-202, dengan waktu paruh 53000 tahun, lebih tinggi dibanding isotop-isotop renik timbal yang alami.
Saat bersentuhan dengan udara lembap, padatan timbal bereaksi membentuk lapisan tipis di permukaan yang melindungi timbal tersebut dari korosi; fenomena ini disebut pasivasi. Lapisan yang terbentuk terdiri dari berbagai senyawa yang berbeda-beda tergantung keadaan. Timbal (II) karbonat adalah senyawa yang paling umum; selain itu timbal (II) sulfat maupun timbal
(II) klorida dapat terbentuk dalam kondisi perkotaan atau di laut. Namun, dalam bentuk bubuk yang sangat halus, timbal dapat terbakar spontan di udara menghasilkan api berwarna putih kebiruan.
Timbal bereaksi dengan fluorin pada suhu ruangan membentuk timbal (II) fluorida. Reaksi serupa dengan klorin hanya terjadi pada suhu tinggi, karena reaksi ini menghasilkan lapisan timbal (II) klorida yang mengurangi reaktivitas. Timbal juga bereaksi dengan unsur golongan VIA, misalnya dengan oksigen membentuk timbal (II) oksida.
Logam timbal tidak bereaksi dengan asam sulfat dan asam fosfat, tetapi bereaksi dengan asam klorida dan asam nitrat; hasilnya tergantung apakah garam-garam yang dihasilkan dapat larut atau dapat membentuk lapisan pasivasi. Timbal larut dalam asam organik seperti asam asetat jika ada oksigen. Timbal juga bereaksi dengan basa pekat membentuk senyawa plumbit ().
Dalam senyawa, timbal memiliki dua bilangan oksidasi utama, +2 (sebagai timbal (II)) dan +4 (timbal (IV)). Bilangan oksidasi +4 sangat umum pada unsur golongan IVA. Kelaziman bilangan oksidasi +2 berbeda-beda untuk unsur-unsur golongan IVA: sangat langka pada karbon dan silikon, kadang terjadi pada germanium, dan lazim (tetapi bukan yang paling lazim) pada timah. Namun, pada
timbal, bilangan oksidasi +2 lebih sering terjadi dibandingkan +4. Perbedaan ini diakibatkan efek-efek kimia kuantum relativistik, terutama efek pasangan lengai yang terjadi ketika ada perbedaan elektronegativitas yang besar antara timbal dan anion yang diikatnya (seperti oksida, halida atau nitrida), menyebabkan adanya muatan positif besar pada ion
timbal. Hal ini lalu menyebabkan kontraksi pada orbital 6s timbal (lebih kuat dibandingkan kontraksi pada orbital 6p-nya), sehingga elektron-elektron 6s menjadi lebih lengai dan tidak mudah terionisasi. Namun,efek pasangan lengai ini kurang efektif pada senyawa yang melibatkan timbal dalam ikatan kovalen, misalnya pada senyawa organotimbal (senyawa dengan
ikatan kovalen antara timbal dan karbon). Pada senyawa-senyawa ini, orbital 6s dan 6p berukuran sama dan cenderung berhibridisasi menjadi orbital sp. Karena itu, timbal (seperti halnya karbon) umumnya memiliki bilangan oksidasi +4 pada senyawa organotimbal.
Elektronegativitas timbal (II) adalah 1.87 dan berselisih relatif jauh dengan elektronegativitas timbal (IV) yaitu 2.33. Selisih besar ini merupakan anomali dibanding unsur golongan IVA yang berada di atasnya. Sebagai contoh, timah (II) memiliki elektronegativitas 1.80 dan timah (IV) hanya terpaut sedikit di 1.96.
Terbentuknya senyawa-senyawa timbal (II) atau Pb merupakan ciri khas timbal dalam reaksi anorganik. Bahkan pengoksidasi kuat seperti fluorin dan klorin hanya bisa mengoksidasi timbal menjadi timbal (II), membentuk senyawa PbF and PbCl. Ion timbal (II) atau Pb biasanya tidak berwarna dalam larutan, dan terhidrolisis sebagian untuk
menghasilkan Pb (OH) dan kemudian [Pb (OH)] (ion hidroksida berfungsi sebagai jembatan ligan), tetapi ion-ion ini tidak bersifat pereduksi seperti halnya ion timah (II). Analisis kualitatif untuk mendeteksi ion Pb biasanya dilakukan dengan larutan asam klorida encer yang akan menghasilkan endapan timbal (II) klorida (PbCl).
Namun, analisis ini tidak dapat mendeteksi ion Pb yang sangat encer, karena PbCl tidak mengendap jika konsentrasinya sangat kecil. Untuk mendeteksi larutan Pb sangat encer, ditiupkan gas hidrogen sulfida, yang menghasilkan endapan timbal (II) sulfida (PbS).
Senyawa PbO atau timbal (II) oksida terdapat dalam dua bentuk kristal (polimorf), yang pertama disebut "litharge" (-PbO, berwarna merah) dan yang kedua disebut "massicot" (-PbO, berwarna kuning). "Litharge" adalah senyawa anorganik timbal yang paling banyak digunakan, sedangkan massicot hanya stabil pada suhu di atas 488 °C. Tidak ada senyawa
timbal (II) hidroksida, jika larutan garam timbal (II) direaksikan dengan basa, maka Pb akan terhidrolisis. Selain oksigen, timbal dapat bersenyawa dengan unsur golongan VIA (kalkogen) lainnya, membentuk keluarga senyawa timbal kalkogenida. Timbal sulfida bersifat semikonduktor, fotokonduktor, dan merupakan detektor radiasi inframerah yang sangat sensitif. Senyawa timbal
kalkogenida lainnya, yaitu timbal selenida (PbSe) dan timbal telurida (PbTe), juga bersifat fotokonduktor. Salah satu keunikan senyawa-senyawa ini adalah warnanya semakin terang dari atas ke bawah tabel periodik.
Dengan unsur halogen, timbal (II) membentuk keluarga senyawa timbal (II) halida atau timbal dihalida, contohnya timbal (II) astatida (PbAt) dan halida campuran seperti PbFCl. Senyawa-senyawa halida campuran memiliki kelarutan yang relatif rendah sehingga dapat dimanfaatkan untuk analisis gravimetri terhadap fluorin. Timbal (II) fluorida, PbF ditemukan pada 1834 oleh Michael
Faraday dan merupakan padatan pertama yang ditemukan bersifat konduktor ion. Dihalida-dihalida lainnya mudah terurai jika terkena sinar tampak atau ultraviolet, terutama timbal (II) iodida, PbI. Senyawa timbal (II) pseudohalida juga telah ditemukan, seperti timbal (II) sianida (Pb (CN)), sianat (Pb (OCN)), dan tiosianat ((Pb (SCN)). Timbal (II)