Talbot kontynuował swoje eksperymenty, chcąc zwiększyć czułość papieru, tak aby można było go naświetlać w aparacie. Pracował także nad metodami utrwalania obrazu i za radą Johna Herschela jako utrwalacza zaczął używać tiosiarczanu sodu. Kluczowe okazało się odkrycie zjawiska obrazu utajonego, którego Talbot dokonał w 1840 roku. Dzięki niemu czas naświetlania mógł być znacznie skrócony, gdyż obraz był wywoływany (przy pomocy kwasu galusowego).
W rezultacie tych ulepszeń Talbot opracował wywodzącą się z fotogenicznego rysowania technikę kalotypii, w której na papierze umieszczonym w prostym aparacie otrzymywał negatywowy obraz. Z niego mógł następnie wykonać wiele pozytywów (odbitek). Proces kalotypii opatentował 8 lutego 1841 roku, inaczej niż Daguerre, który zezwolił na swobodne korzystanie ze swojego wynalazku (poza Anglią). Patent przyczynił się do mniejszej popularności kalotypii od dagerotypii, która spotkała się z natychmiastowym sukcesem w Europie i Stanach Zjednoczonych. Z czasem jednak to właśnie system negatywowo-pozytywowy, pozwalający na multiplikowanie obrazów, wyparł dagerotypię i stał się podstawą współczesnej fotografii. W 1844 roku Talbot wydał The Pencil of Nature – pierwszą w dziejach książkę ilustrowaną fotografiami. Każdy egzemplarz zawierał wklejone 24 odbitki na papierze solnym z kalotypów.