Tūlijs ķīmisko elementu periodiskajā tabulā tiek apzīmēts ar simbolu Tm un atrodas 6. perioda f-blokā. Tūlija relatīvā atommasa ir 168,934, un tā atoms sastāv no 69 protoniem un 69 elektroniem (elektronu konfigurācija [Xe]4f¹³6s²). Tūlijs pieder pie lantanīdu jeb retzemju elementu grupas. Tas ir gaišs, sudrabaini spīdīgs metāls. Tūlijs ir tik mīksts, ka to var sagriezt ar nazi. 

1787. gadā zviedru armijas leitnants Karls Aksels Arrēniuss (Carl Axel Arrhenius) netālu no Iterbijas (ciems Zviedrijā) atrada interesantu jaunu minerālu. Viņš domāja, ka ir atradis jaunu volframa minerālu, un iedeva to analizēt somu ķīmiķim Johanam Gadolinam (Johan Gadolin). Pēc padziļinātas izpētes J. Gadolins secināja, ka K. A. Arrēniusa atrastais minerāls satur jaunu elementu. Šim elementam vēlāk tika dots nosaukums “itrijs”. Apmēram 50 gadus kopš tā brīža nekas jauns par itriju netika noskaidrots. Vēlāk zviedru ķīmiķis Karls Gustavs Mūsanders (Carl Gustaf Mosander) atklāja, ka atrastais minerāls satur ne tikai itriju. Patiesībā tas bija triju jaunu vielu maisījums. Līdztekus itrijam K. G. Mūsanders atrada vēl divus jaunus elementus. Viņš šos elementus nosauca par terbiju un erbiju. Kā izrādījās, ne terbijs, ne erbijs nebija tīri elementi. Abi jaunatklātie elementi saturēja arī citus jaunus elementus. Savukārt šie jaunie elementi saturēja vēl citus jaunus elementus. 

Zviedru ķīmiķis un biologs Pērs Teodors Klēve (Per Teodor Cleve) Upsālas Universitātē (Uppsala universitet) Zviedrijā 1879. gadā pētīja K. G. Mūsandera atklāto erbija paraugu. P. T. Klēve saprata, ka erbijs patiesībā nav viens elements, bet sastāv no trijiem atsevišķiem elementiem, jo atkarībā no parauga avota tā atommasa nedaudz atšķīrās. 1879. gadā viņš pirmo reizi izdalīja no tā tūliju oksīda formā. P. T. Klēve izvēlējās nosaukumu “tūlijs”, lai atspoguļotu tā skandināvisko izcelsmi, atsaucoties uz Tūli kā “galējo ziemeļu zemi”. Tāpat P. T. Klēve no erbija parauga izdalīja arī citus jaunus elementus: holmiju un erbiju. Tīrs tūlija paraugs tika iegūts tikai 1911. gadā, kad amerikāņu ķīmiķis Teodors Viljams Ričardss (Theodore William Richards) veica 15 000 rekristalizācijas mēģinājumus ar tūlija bromātu (TmBrO₃), lai iegūtu absolūti tīru elementa paraugu un precīzi noteiktu tā atommasu.

Tūlijs dabā nepastāv brīva metāla veidā. Tā vietā tas ir sastopams tādos minerālos kā monacīts un bastnazīts, eiksenīts un gadolinīts – parasti kopā ar citiem retzemju elementiem un tikai nelielos daudzumos. Šajos minerālos tūlijs parasti ir Tm³⁺ formā fosfātu, fluorīdu vai karbonātu minerālu struktūrās. Monacītā tūlija daudzums ir apmēram 0,007 % vai apmēram 20 daļas uz miljonu. Tūlijs ir viens no retākajiem retzemju elementiem un ir aptuveni tikpat rets kā sudrabs vai zelts. Tūliju iegūst ar jonu apmaiņu un šķīdinātāju ekstrakciju. Metālu iegūst arī, reducējot tā bezūdens fluorīdu ar kalciju vai reducējot oksīdu ar lantānu. 

Vienīgais dabā sastopamais tūlija izotops ir tūlijs-169. Tāpat ir raksturoti vairāk nekā 30 radioizotopi no tūlija-144 līdz tūlijam-183. Visi tūlija radioizotopi ir ar diezgan īsu pussabrukšanas periodu. Visstabilākais tūlija radioizotops ir tūlijs-171 ar pussabrukšanas periodu divi gadi, nākamais stabilākais ir tūlijs-170 ar pussabrukšanas periodu 129 dienas. Tam seko tūlijs-168 ar pussabrukšanas periodu 93 dienas un tūlijs-167 ar pussabrukšanas periodu deviņas dienas. Visiem pārējiem tūlija radioizotopiem to pussabrukšanas periodi ir īsāki par dažām dienām, lielākajai daļai tie ir īsāki par 10 minūtēm. Vienu tūlija radioizotopu, tūliju-170, izmanto mazos, pārnēsājamos rentgena aparātos. Šīs ierīces ir noderīgas medicīniskajā attēlveidošanā, kur neizmanto lielgabarīta aprīkojumu. Tūliju-170 izmanto arī materiālu pārbaudēs, piemēram, lai atklātu plaisas caurulēs vai metāla detaļās, tās nebojājot. 

Tūlijs ir gaišs, sudrabaini spīdīgs metāls. Tūlijs ir tik mīksts, ka to var sagriezt ar nazi. Tas ir gan viegli deformējams, gan viegli apstrādājams. Tūlijs zemās temperatūrās ir paramagnētisks, bet var kļūt par feromagnētisku pie −241°C jeb 32 K. Tūlija viršanas temperatūra ir 1950 ºC, tā kušanas temperatūra ir 1545 ºC. Tūlija blīvums ir 9,32 g/cm³ (dati no “CRC Ķīmijas un fizikas rokasgrāmatas, 86. izdevuma” (CRC Handbook of Chemistry and Physics. 86th Edition) Deivida Lida (David R. Lide) redakcijā). Tūlija atoma kovalentais rādiuss ir 177 pm, savukārt tā elektronegativitātes vērtība ir 1,25. 

Tūlijs savienojumos parasti ir sastopams ar oksidēšanās pakāpi +3. Tas var pastāvēt arī savienojumos ar oksidēšanās pakāpi +2, taču šī forma ir mazāk stabila un saskarē ar ūdeni tūlija savienojumi ātri oksidējas atpakaļ uz Tm⁺³ . Tūlijs lēni apsūbē gaisā, veidojot plānu tūlija oksīda kārtiņu. Tas šķīst atšķaidītās skābēs, piemēram, sālsskābē (HCl) vai sērskābē (H₂SO₄). Tūlijs nereaģē ar fluorūdeņražskābi (HF), jo uz tā virsmas veidojas nešķīstošs tūlija trifluorīds (TmF₃), kas aptur tālāku reakciju. Paaugstinātā temperatūrā tūlijs reaģē ar halogēniem, veidojot tūlija halogenīdus (TmF₃, TmCl₃ utt.). 

Tūlijs ir pārāk dārgs, lai tam būtu daudz komerciālu pielietojumu. Tūlijs ir rets un vērtīgs metāls ar unikālām īpašībām, kas padara to noderīgu specializētās jomās, piemēram, medicīniskajā attēlveidošanā, lāzertehnoloģijās un viltojumu novēršanā. Tūliju izmanto lāzeru izgatavošanā. To pievieno itrija-alumīnija-granāta (YAG) kristāliem, lai iegūtu lāzerus, kas izstaro infrasarkano gaismu. Šos lāzerus izmanto medicīnā, piemēram, ķirurģijā un zobārstniecībā, lai precīzi grieztu vai noņemtu audus. Tūliju saturošos lāzerus izmanto arī rūpniecībā metālu un citu materiālu precīzai griešanai, kā arī satelītos, kas uzņem Zemes virsmas attēlus. Tūlijs ir viens no dažiem augstas temperatūras virsvadītājiem, kur to kombinē ar citiem elementiem, piemēram, ar itriju. Šie materiāli zemās temperatūrās spēj vadīt elektrību bez pretestības. Virsvadītāji ir ļoti svarīgi tehnoloģijām, piemēram, magnētiskās rezonanses attēlveidošanas (magnetic resonance imaging, MRI) iekārtām, kvantu datoriem un elektroenerģijas tīkliem, kuriem nepieciešama ļoti efektīva elektroenerģijas pārvade.