Фамилия Талий — редкий случай, когда имя, прозвище и химический элемент пересекаются, но не путаются. С точки зрения словообразования перед нами простая, почти прозрачная модель: основа Тал- плюс суффикс -ий. Этот суффикс в русских фамилиях встречается нечасто и обычно указывает на притяжательное значение («чей?» — Талев, Талин). Форма на -ий здесь, скорее всего, результат адъективного склонения, когда фамилия застыла в форме прилагательного среднего или мужского рода. Прямая параллель — фамилии Тихий, Серый, где основа — качественное прилагательное. Но что скрывается за корнем Тал-?

Самая вероятная версия — прозвище Талый. В русских говорах «талый» означало не только «оттаявший», но и «вялый, расслабленный, медлительный» (ср. «талый человек» — нерасторопный). В северных и сибирских диалектах слово «таль» или «талица» обозначало незамерзающее место на реке, полынью. Прозвище могли дать человеку, который жил у такой полыньи, или рыбаку, промышлявшему на открытой воде зимой. Фамилия Талий могла возникнуть как вариант написания фамилии Талый — через -ий (как Толстой — Толстый) в документах XVIII–XIX веков, когда писарь фиксировал произношение на слух или «облагородил» окончание.

Вторая версия, менее распространённая, но имеющая право на существование, — от канонического имени Талий. В святцах есть мученик Талий (греч. Thales — «цветущий»), но имя это крайне редкое, почти не встречалось в быту. Связь с химическим элементом таллий (от греч. thallos — «зелёная ветвь») возможна только для фамилий, возникших в XX веке, но Талий как фамилия фиксируется в переписях XIX века, так что совпадение случайное. Ещё один вариант — украинское или белорусское происхождение от диалектного «тал» (плетень, изгородь), но подтверждений мало.

Географически фамилия Талий встречается точечно. Основной ареал — юг России и Украина, единичные случаи в центральных областях. В дореволюционных метрических книгах Талии чаще всего записаны крестьянами и мещанами, без связи с дворянством или духовенством. Это подкрепляет версию о прозвищном происхождении: фамилия закрепилась за одним родом, не получив широкого распространения.

Таким образом, носитель фамилии Талий может с высокой вероятностью считать своим предком человека по прозвищу Талый — либо медлительного по характеру, либо жившего у незамерзающей речной полыньи. Фамилия сохранила редкий суффикс, который и отличает её от более частых однокоренных Талых, Таловых и Талевых.