Il coefficiente di espansione lineare del tantalio è 6,5×10-6K-1 tra 0 e 100 gradi, la temperatura critica della transizione superconduttiva è 4,38K e la sezione trasversale di assorbimento dei neutroni termici degli atomi è 21,3 yen.
Il tantalio è uno dei metalli chimicamente più stabili al di sotto dei 150 gradi. Le uniche cose che possono reagire con il tantalio sono il fluoro, l'acido fluoridrico, le soluzioni acide contenenti ioni fluoruro e il triossido di zolfo. Reagisce con una soluzione alcalina concentrata a temperatura ambiente e si dissolve in alcali fusi. Il tantalio denso inizia a ossidarsi leggermente a 200 gradi e diventa significativamente ossidato a 280 gradi.
Il tantalio contiene una varietà di ossidi, il più stabile dei quali è il pentossido di tantalio (Ta2O5). Il tantalio e l'idrogeno formano soluzioni solide fragili e idruri metallici superiori a 250 gradi, come: Ta2H, TaH, TaH2, TaH3. Sotto un vuoto compreso tra 800 e 1200 gradi, l'idrogeno precipita dal tantalio e il tantalio ritorna alla sua plasticità. Il tantalio e l'azoto iniziano a reagire a circa 300 gradi per formare soluzioni solide e composti di azoto; a temperature superiori a 2000 gradi e sotto vuoto spinto, l'azoto assorbito precipita dal tantalio. Il tantalio e il carbonio esistono in tre fasi sopra i 2800 gradi: soluzione solida di carbonio-tantalio, carburi a bassa valenza e carburi ad alta valenza. Il tantalio può reagire con il fluoro a temperatura ambiente e può reagire con altri alogeni a temperature superiori a 250 gradi per formare alogenuri.
