El coeficiente de expansión lineal del tantalio es 6,5 × 10-6 K -1 entre 0 y 100 grados, la temperatura crítica de la transición superconductora es 4,38 K y la sección transversal de absorción de neutrones térmicos de los átomos es 21,3 yenes.
El tantalio es uno de los metales químicamente más estables por debajo de los 150 grados. Las únicas cosas que pueden reaccionar con el tantalio son el flúor, el ácido fluorhídrico, las soluciones ácidas que contienen iones fluoruro y el trióxido de azufre. Reacciona con una solución alcalina concentrada a temperatura ambiente y se disuelve en álcali fundido. El tantalio denso comienza a oxidarse ligeramente a 200 grados y se oxida significativamente a 280 grados.
El tantalio tiene una variedad de óxidos, el más estable de los cuales es el pentóxido de tantalio (Ta2O5). El tantalio y el hidrógeno forman soluciones sólidas quebradizas e hidruros metálicos por encima de 250 grados, como: Ta2H, TaH, TaH2, TaH3. En un vacío de 800 a 1200 grados, el hidrógeno precipita del tantalio y el tantalio recupera su plasticidad. El tantalio y el nitrógeno comienzan a reaccionar a unos 300 grados para formar soluciones sólidas y compuestos nitrogenados; a temperaturas superiores a 2000 grados y en alto vacío, el nitrógeno absorbido precipita del tantalio. El tantalio y el carbono existen en tres fases por encima de los 2800 grados: solución sólida de carbono y tantalio, carburos de baja valencia y carburos de alta valencia. El tantalio puede reaccionar con el flúor a temperatura ambiente y puede reaccionar con otros halógenos por encima de 250 grados para formar haluros.
