O imposto federal NÃO é retido se um cheque de pagamento for muito pequeno?

Está correcto. A retenção de um cheque de pagamento é baseada no seu estado de arquivamento (solteiros, casados, etc.) e no número de subsídios de retenção que solicita no W-4 que forneceu ao seu empregador quando começou a trabalhar. Os subsídios são "traduzidos" no equivalente aproximado das isenções e deduções, que são consideradas livres de impostos, e as taxas de impostos aplicáveis à sua situação de apresentação do pedido são aplicadas ao que's restam. Portanto, se o seu salário bruto, reduzido pelo valor de suas deduções, estiver abaixo do limite para o menor escalão de imposto do seu status de arquivamento, não haverá retenção de imposto de renda.
Como já foi apontado, isso não't significa que você não deverá imposto de renda (assim como ter imposto retido não't significa que o valor retido está correto -- e é por isso que você pode obter uma restituição ou dever imposto adicional). Muitas coisas entram em seu cálculo real de impostos, com os quais seu empregador não tem nada a ver e não sabe nada sobre.
Como também foi apontado, os impostos FICA (seguro social e Medicare) são separados, e são retidos independentemente do valor do seu salário, portanto haverá alguma retenção de qualquer forma.