Timbal
dan halogen juga membentuk banyak senyawa kompleks, seperti [PbCl], [PbCl], dan keluarga anion [PbCl].
Selain itu, terdapat juga timbal (II) sulfat yang tidak larut dalam air, seperti banyak garam sulfat dengan kation logam berat berbilangan oksidasi +2 lainnya. Senyawa timbal (II) nitrat dan timbal (II) asetat larut dengan baik dalam air, sehingga sering dipakai untuk sintesis senyawa-senyawa timbal lainnya.
Hanya sedikit senyawa anorganik yang mengandung timbal (IV). Senyawa-senyawa ini biasanya hanya terbentuk dalam larutan oksidator kuat dan tidak terbentuk dalam kondisi standar. Contohnya adalah PbO, yang memiliki campuran timbal (II) dan timbal (IV) dengan struktur 2PbOPbO, dan merupakan contoh utama senyawa timbal dengan bilangan oksidasi campuran. Senyawa timbal
(IV) lainnya adalah timbal (IV) oksida (PbO), yang merupakan zat oksidator yang kuat dan dapat mengoksidasi asam klorida menjadi gas klorin. Ini disebabkan senyawa PbCl tidak stabil dan terurai secara spontan menjadi PbCl and Cl. Timbal (IV) oksida juga dapat membentuk berbagai bentuk anion plumbat (IV). Terdapat juga timbal (IV) fluorida
(PbF), yang berwujud serbuk kristal kuning dan bersifat stabil tetapi tidak sestabil timbal (II) fluorida. Senyawa halida lainnya adalah timbal (IV) klorida (PbCl) yang berwujud minyak kuning yang terurai pada suhu kamar, dan timbal (IV) bromida yang bahkan lebih tak stabil lagi. Keberadaan timbal (IV) iodida masih diragukan.
Sedikit sekali senyawa yang memiliki timbal dengan bilangan oksidasi selain +2 atau +4. Timbal (III) dan Timbal (I) bersifat tak stabil baik dalam bentuk ion maupun senyawa kompleks karena adanya radikal bebas. Sekalipun demikian, timbal (III) kadang ditemukan pada senyawa kompleks organotimbal besar sebagai zat perantara antara timbal (II) dan timbal (IV).
Timbal dengan bilangan oksidasi negatif dapat ditemukan dalam zat fase Zintl, baik sebagai ion Pb bebas, seperti pada BaPb, maupun sebagai gugus ion berbentuk cincin atau polihedral. Contoh gugus ion polihedral adalah Pb, yang strukturnya adalah bipiramida segitiga. Ion ini memiliki dua atom timbal dengan bilangan oksidasi-1 dan tiga dengan bilangan oksidasi 0.
Dalam ion ini, setiap atom berada pada tiap sudut bipiramida dan masing-masing menyumbangkan 2 elektron dari orbital spnya kepada rusuk-rusuk bipiramida. Dua elektron sp yang tersisa menjadi pasangan sunyi. Ion ini dapat terbentuk dalam amonia cair melalui reaksi reduksi timbal oleh natrium.
Timbal dapat membentuk rantai molekul panjang, seperti karbon dan unsur-unsur di golongan IVA pada umumnya. Namun, energi ikatan Pb-Pb relatif lemah, sekitar 3.5 kali lebih lemah dibanding ikatan karbon-karbon. Jika rantai molekul hanya terdiri dari timbal, panjang maksimal yang mungkin tercapai hanyalah 3. Jika rantai ini juga memiliki karbon, maka terbentuk
senyawa-senyawa yang disebut senyawa organotimbal, yang mirip dengan senyawa-senyawa organik biasa tetapi lebih tak stabil karena ikatan Pb-C relatif lebih lemah. Hal ini menyebabkan senyawa organologam ini lebih langka dibandingkan saudara dekatnya di tabel periodik yaitu organotimah. Timbal pada sebagian besar senyawa organotimbal memiliki bilangan oksidasi +4, bahkan ketika
diproduksi dari senyawa anorganik timbal (II). Contoh langka senyawa organotimbal (II) adalah Pb[CH (SiMe)] dan Pb (""-CH).
Plumbana (PbH) adalah analog timbal untuk metana (CH), senyawa organik paling sederhana. Plumbana dapat dihasilkan melalui reaksi antara logam timbal dan atom hidrogen. Dua senyawa turunan plumbana, yaitu tetra metil timbal dan tetra etil timbal (TET atau TEL, "tetraethyllead"), adalah senyawa organotimbal yang paling terkenal. Keduanya relatif stabil, dan TET
hanya terurai jika dipanaskan atau terpapar sinar matahari maupun ultraviolet. Terdapat juga tetrafenil timbal yang lebih stabil dan baru terurai pada suhu 270 °C. Banyak senyawa organotimbal bersifat oksidator, misalnya timbal tetraasetat yang digunakan sebagai oksidator untuk reaksi organik di laboratorium. Senyawa-senyawa organotimbal lainnya bersifat kurang stabil, dan banyak senyawa organik yang analog timbalnya tidak ditemukan.
Di Tata Surya, timbal memiliki kelimpahan 0.112 ppb (bagian per semiliar). Kelimpahan ini 2.5 kali lipat kelimpahan unsur platinum, 8 kali raksa, dan 17 kali emas. Jumlah timbal di alam semesta saat ini meningkat perlahan karena banyak atom-atom berat yang meluruh perlahan menjadi timbal. Sejak terbentuknya Tata Surya 4.5 miliar tahun lalu, kelimpahan timbal telah meningkat
sekitar 0.75%. Walaupun timbal memiliki nomor atom relatif tinggi, timbal memiliki kelimpahan yang lebih tinggi dibanding kebanyakan unsur bernomor di atas 40 ("lihat tabel").
Isotop primordial (isotop yang terbentuk sejak sebelum terbentuknya bumi) timbal terdiri dari isotop 204, 206, 207, dan 208. Semuanya terbentuk karena proses penangkapan neutron yang berulang-ulang terjadi di dalam bintang. Proses ini dibedakan menjadi dua mode: proses s dan proses r. Dalam proses s (dari kata "slow", "lambat"), penangkapan neutron terjadi setiap beberapa tahun atau
puluhan tahun, sehingga inti-inti atom yang kurang stabil dapat mengalami peluruhan beta. Misalnya, inti dapat menangkap neutron menjadi, yang lalu mengalami peluruhan beta menjadi yang bersifat stabil. Jika menangkap neutron lagi, ia akan menjadi, yang memiliki paruh waktu 15 juta tahun. Jika terus terjadi penangkapan neutron, inti ini akan menjadi, lalu, lalu. Tambahan
satu neutron lagi akan mengubahnya menjadi, yang bersifat tidak stabil dan meluruh menjadi dan melepaskan partikel beta. Inti ini lalu menangkap neutron menjadi, yang meluruh (beta) menjadi, yang lalu mengalami peluruhan alfa menjadi. Hasil siklus ini adalah Pb-206, Pb-207, Pb-208, dan Bi-209 ("lihat gambar").
Dalam proses r (dari kata "rapid", "cepat"), penangkapan neutron terjadi dengan sangat cepat, sehingga inti-inti atom yang terlibat tidak sempat mengalami peluruhan beta. Biasanya proses ini terjadi dalam kondisi kaya neutron, misalnya dalam sebuah supernova atau bergabungnya dua bintang neutron. Aliran neutron pada kondisi ini dapat mencapai 10 neutron per cm per detik. Proses r tidak menghasilkan
timbal sebanyak proses s. Proses ini cenderung berhenti ketika inti atom mencapai 126 neutron. Pada posisi ini, konfigurasi neutron telah memenuhi kulit nuklirnya sehingga sangat sulit untuk menerima neutron tambahan. Saat aliran elektron berkurang, inti-inti kaya neutron yang terbentuk akan mengalami peluruhan beta menjadi osmium, iridium, dan plantinum.
Dalam klasifikasi Goldschmidt, timbal digolongkan sebagai unsur kalkofil, yang berarti unsur ini sering ditemukan bersama-sama dengan belerang. Timbal jarang ditemukan dalam bentuk logam asli. Timbal ditemukan dalam mineral-mineral yang relatif ringan, dan sepanjang sejarah bumi tetap bertahan di kerak bumi alih-alih tenggelam ke inti bumi. Hal ini menyebabkan timbal memiliki kelimpahan di
kerak bumi yang relatif tinggi, yaitu 14 ppm (bagian per sejuta) atau peringkat ke-38 dari seluruh unsur. Mineral utama yang mengandung timbal adalah galena (PbS), yang sering ditemukan bersama-sama dengan bijih seng. Kebanyakan mineral timbal lain masih terkait dengan galena: "boulangerite", PbSbS, adalah sulfida campuran yang diturunkan dari galena, "anglesite",
PbSO adalah hasil oksidasi galena, dan "cerussite", PbCO, adalah hasil penguraian galena. Mineral-mineral ini sering tercampur unsur-unsur lain, seperti arsenik, timah, antimon, perak, emas, tembaga, dan bismut.
Dunia memiliki sumber timbal dengan total melebihi 2 miliar ton. Sumber timbal yang besar terdapat di Amerika Serikat, Australia, Irlandia, Meksiko, Peru, Portugal, Rusia, dan Tiongkok. Jika hanya menghitung sumber yang layak diekstraksi secara ekonomi, cadangan timbal dunia mencapai 88 juta ton pada tahun 2016. Dari total ini, jumlah terbesar adalah 35 juta yang berada di Australia, 17 juta di Tiongkok, dan 6.4 juta di Rusia.