Thulium ble oppdaget av den svenske kjemikeren Per Teodor Cleve i 1879. Han forsket på erbiumoksid og lette etter urenheter da han skilte ut to ukjente oksider, et brunt og et grønt. Det brune som viste seg å være holmiumoksid, kalte han . Det grønne var oksidet til et ukjent grunnstoff, og Cleve kalte oksidet . Grunnstoffet kalte han thulium av som er et gresk navn på et land langt mot nord, muligens Skandinavia.