В организм таллий попадает пероральным и аэрогенным путем. Токсикоз животных возникает при поступлении соединений таллия с кормом и питьевой водой или с вдыхаемым воздухом, загрязненным промышленным таллиевым аэрозолем. Соединения таллия быстро всасываются в кровь, накапливаются в головном мозге, печени, почках, костях и железах внутренней секреции.
Являясь протоплазматическим ядом, таллий поражает клеточные элементы, в том числе нервные клетки. При таллиевом токсикозе происходит набухание нервных клеток, кариопикноз. Вакуолизация протоплазмы сопровождается перицеллюлярным отеком. Функции нервной системы нарушаются. В организме расстраиваются ферментативные процессы, так как таллий способен связывать тиоловые группы ферментов.
Поступая в желудочно-кишечный тракт, таллий вызывает гастроэнтерит. Нарушаются процессы пищеварения, и течение болезни усугубляется.
Под влиянием промышленного аэрозоля поражается слизистая оболочка воздухоносных путей и легочная ткань. Расстраиваются функции внешнего и тканевого дыхания.
При остром отравлении смерть может наступить через 3—5 сут. При хроническом течении болезни наиболее характерны нарушения обмена веществ. Развиваются дистрофические процессы в сердце, печени, почках, других органах и тканях. Под влиянием таллия происходят специфические изменения в волосяных луковицах: их атрофия и распад. Болезнь может принимать затяжной характер.