尽管TlN₃含有更多的氮,但它比一般的氮化物更不易发生爆炸分解。当叠氮基与金属的化学键转变为共价键占优势时,叠氮化物的性质会发生变化。令人感兴趣的是:NaN₃、RbN₃和TlN₃属于同晶型。然而,在TlN₃中反常短的Tl—N距离以及随方向而变化的折射率都表明它与纯粹的离子化合物存在一定程度的不同。
在291℃或29℃、6.65kbar的压力下,固态TlN₃会发生形态转变,转变为无扭变的CsCl结构;当温度接近熔点(335℃)时,固态TlN₃会逐渐分解,在液态时则迅速分解并发生爆炸。固体分解首先从表面开始,沿晶体取向进行。这可能与晶格的层状结构有关。
在低于熔点温度的真空环境中,TlN₃会发生升华;370℃时开始分解,并在430℃时爆炸。此外,TlN₃与卤素反应生成TlN₃X₂(X=Cl、Br或I)。
TlN₃的生成热ΔH为+233.5 kJ/mol,晶胞常数a₀=0.623 nm,c₀=0.737 nm,晶格能为684.1 kJ/mol。