Der Bach wird 1080 („fluvium Dolaha“) erstmals schriftlich erwähnt. Das Bestimmungswort leitet sich vom germanischen *dula- mit der Bedeutung „verrückt, toll, dumm, benommen“ im Sinne von „reißend“ ab.[3]
Die Thalach entsteht durch den Zusammenfluss vieler kleiner Quellen in einem Waldgebiet am Trauf der Weißenburger Alb im Landkreis Weißenburg-Gunzenhausen. Der Hauptquellarm entspringt dem Strohbrunnen am Oberhang etwa einen Kilometer nordöstlich der Ortsmitte von Bergen und fließt zunächst nordöstlich, sammelt bis zum Hangfuß etwa anderthalb Kilometer südöstlich des Heidecker Gemeindeteils Laibstadt die ersten Zuflüsse. In flacherem Lauf passiert der Bach im Albvorland den Ort Laibstadt an dessen Ostseite und wendet sich dann nach Osten. In ihrer zunächst noch flachen Talmulde durchquert die Thalach die Ortschaften Aberzhausen und Alfershausen und verläuft von dort dauerhaft nach Ostsüdosten. Etwa im folgenden Thalmässing tritt sie dabei in ein tiefes Tal wieder in die Frankenalb ein. Danach durchquert sie in naturnahem Verlauf das NaturschutzgebietThalachwiesen, passiert noch die zum Gemeindeteil Kleinhöbing gehörende Zinkelmühle und mündet kurz danach zwischen der Schnellfahrstrecke Nürnberg–Ingolstadt und der Bundesautobahn 9 in die Schwarzach.
Im Norden grenzt es an das Einzugsgebiet der Roth, die über Rednitz, Regnitz, Main und schließlich Rhein zur Nordsee entwässert, während der Abfluss der Thalach letztlich über die Donau das Schwarze Meer erreicht. Deshalb ist die nördliche Wasserscheide als Teil der Europäischen Hauptwasserscheide hydrologisch die bedeutendste. Sie verläuft hier, anders als meist sonst, vor dem Albtrauf und ist in der Natur wenig auffällig. Hinter der prominenteren südlichen Wasserscheide auf dem Albtrauf entwässert die Albhochfläche überwiegend zur Anlauter, dem nächsten großen Nebenfluss der Schwarzach.
