Тантал обладает высокой температурой плавления — 3290 K (3017 °C); кипит при 5731 K (5458 °C)[2]. Плотность тантала — 16,65 г/см³[2]. Несмотря на твёрдость, пластичен, как золото. Чистый тантал хорошо поддаётся механической обработке, легко штампуется, раскатывается в проволоку и тончайшие листы толщиной в сотые доли миллиметра. Тантал является отличным геттером (газопоглотителем), при 800 °C он способен поглотить 740 объёмов газа. Кристаллическая решётка — кубическая, объёмноцентрированная[3]. Обладает парамагнитными свойствами[3].
При температуре ниже 4,45 К переходит в сверхпроводящее состояние[3].