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Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Lithium kommt in der Natur aufgrund seiner hohen Reaktivität nicht elementar vor. Bei Raumtemperatur ist es nur in völlig trockener Luft über längere Zeit stabil, reagiert aber langsam zu Lithiumnitrid. In feuchter Luft bildet sich an der Oberfläche schnell eine mattgraue Lithiumhydroxid-Schicht aus. Als Spurenelement ist Lithium in Form seiner Salze ein häufiger Bestandteil von Mineralwasser.

1818 war es der deutsche Chemiker Christian Gottlob Gmelin, der bemerkte, dass Lithiumsalze eine rote Flammenfärbung ergeben. Beide Wissenschaftler scheiterten in den folgenden Jahren mit Versuchen, dieses Element zu isolieren. Es kommt damit etwas seltener als Zink, Kupfer und Wolfram sowie etwas häufiger als Kobalt, Zinn und Blei in der Erdkruste vor. Obwohl Lithium häufiger als beispielsweise Blei ist, ist seine Gewinnung durch die stärkere Verteilung schwierig. Mengenmäßig wurden 2015 außerhalb der USA 35. Das 2016 identifizierte Lithiumvorkommen der Erde wird auf mehr als 40 Millionen Tonnen geschätzt.

Lithium kommt in einigen Mineralien in Lithium-Pegmatiten vor. Die Lagerstätten in Österreich und Finnland werden durch Global Strategic Metals bzw. Keliber entwickelt und könnten ab 2016 den Betrieb aufnehmen. Lithiumsalze, insbesondere Lithiumchlorid, kommen verbreitet auch in Salzlaugen, meist Salzseen, vor. Die Konzentration kann bis zu einem Prozent betragen. Neben der Konzentration des Lithiums ist für die Qualität der Salzlauge das Mengenverhältnis von Magnesium zu Lithium wichtig.