Lucia Tallone si laurea in Fisica nel 1952 presso l’Università di Torino, discutendo una tesi dal titolo Riflessione e Rifrazione di un’onda da una superficie ondulata. Trascorre un periodo presso il Centro di Ricerca di Alte Energie di Berkeley, e dal ’59 al ’61 trascorre un periodo al CERN di Ginevra per specializzarsi nel campo dei fasci di particelle e nell’uso delle camere a bolle. 

Si trasferisce quindi all’Università di Milano, dove le vengono affidati vari corsi di Fisica nella Facoltà di Scienze MFN e dal ’67 l’insegnamento di Fisica medica presso la Facoltà di Medicina e Chirurgia. Dal 1980 è nominata professore associato e dal 1988 è chiamata dalla Facoltà di Medicina e Chirurgia dell’Università di Milano come professore straordinario di Fisica Medica, diventando professore ordinario dal 1990.

Dal 1983 al 1989 Lucia Tallone ha fatto parte del Consiglio dell’International Association for Radiation Research e dal 1989 del Program Committee for the workshop on cell transformation di Dublino; dal 1980 al 2000 è stata membro del Consiglio della Associazione Italiana di Radiobiologia Medica e dal 1984 al 1988 del Consiglio della Società Italiana per la Ricerca sulle Radiazioni.