Открытие тулия (тулиевой земли), как и многих других элементов, относится ко времени, когда арсенал средств исследования редких земель обогатился методом спектрального анализа. Предыстория открытия тулия такова. В конце XVIII в. Экеберг выделил из гадолинита землю иттрию, которая считалась чистым окислом иттрия до тех пор, пока Мозандер не разделил ее на три земли - иттрию, тербию и эрбию. В 1878 г. Мариньяк выделил из тербиевой земли Мозандера две земли, названные эрбией и иттербией. На этом исследование смеси земель не остановилось. Уже в следующем году Клеве разделил эрбию Мариньяка на три земли - эрбию, гольмию (оказавшуюся смесью) и тулию. Он попросил у Нильсона (открывшего скандий) остаток от экстракции скандия и иттербия, полагая, что этот препарат представляет собой сравнительно чистый раствор солей эрбия. Однако после сотни раз повторяемых операций осаждения и растворения препарата в эрбии все еще содержалась какая-то примесь: атомный вес эрбия в различных фракциях был неодинаковым. Kлеве обратился к профессору физики Упсальского университета Талену с просьбой исследовать спектры поглощения этих фракций и сравнить их со спектрами образцов эрбия, иттербия и иттрия. Тален обнаружил в эрбиевой фракции линии, принадлежащие эрбию и гольмию; третий спектр указывал на присутствие нового элемента. Так был открыт тулий, названный Клеве в честь древнего (времен римской империи) названия Скандинавии - Туле (Thule). Затем Клеве переработал 11 кг гадолинита, выделил окись тулия и исследовал его соли, окрашенные в бледно-зеленый цвет. Чистая окись тулия получена, однако, лишь в 1911 г. Насколько трудно было определить тулий и тем более химически выделить его чистый окисел, свидетельствуют такие, например, факты. Мастер спектроскопического исследования Лекок де Буабодран полагал, что существуют два тулия, а крупнейший исследователь редких земель Ауэр фон Вельсбах заявил о том, что он установил наличие даже трех тулиев.

Ранее символ тулия был Тu, а не Тm, как теперь. В некоторых химических сочинениях конца прошлого и начала текущего века нередко ошибочно писали "туллий".