Des méthodes de datation relative biochronologiques ont permis d'estimer l’âge de Toumaï à environ 7 millions d'années, en se fondant sur le degré d'évolution des mammifères, particulièrement des proboscidiens (Anancus kenyensis et Loxodonta sp.) et des suiformes (le suidé Nyanzachoerus syrticus), présents à ses côtés, par comparaison avec d'autres faunes africaines similaires dont l'âge radiochronologique était connu. En effet, il apparaît que la faune du site TM 266 se rapproche plus de celle des niveaux de base de la formation de Nawata à Lothagam (datés autour de 7 millions d’années) que de celle de la formation de Lukeino (celle qui a livré Orrorin tugenensis, datée autour 6 millions d’années).
Une série de dates absolues a été publiée en mars 2008 par une équipe française pour les niveaux de sédiments qui renfermaient le fossile. Ces dates, réalisées grâce à la méthode du béryllium 10 / béryllium 9, ont permis d'établir que l'âge de Toumaï est compris entre 6,8 et 7,2 millions d'années. Toutefois, le crâne de Toumaï n’étant pas en place (in situ) dans le sédiment (noter que les coupes géologiques publiées par la MPFT varient fortement de 2002 à 2008) et a même été déplacé lors d’une vraisemblable inhumation récente, cette méthode ne peut être appliquée.
L’étude géologique et paléontologique du site de Toros-Menalla a été effectuée par Patrick Vignaud et ses collaborateurs afin de dater le site et de reconstituer l’environnement. L’unité sédimentaire à anthracothères ("Anthracotheriid Unit" : AU), qui renferme Sahelanthropus tchadensis, correspond à un environnement péri-lacustre (grès) régulièrement soumis aux inondations dues aux variations de la ligne de rivage d'un paléo-lac Tchad, beaucoup plus étendu que l'actuel.
La flore et surtout la faune de vertébrés retrouvées dans cette unité sédimentaire indiquent des paysages mosaïques, depuis la forêt galerie en bordure de lac (plante légumineuse du type liane, colobes, python) jusqu’à la savane arborée et aussi très ouverte (proboscidiens, girafe, équidés, bovidés, hyénidés, et le grand félidé Machairodus) en bordure de désert. Des formes aquatiques et amphibies indiquent la présence d’eau avec certitude (dix taxons de poissons dulçaquicoles, deux espèces de crocodiles et une nouvelle espèce de gavial, tortues, anthracothères, hippopotame, loutre…).
Parmi les poissons retrouvés, on distingue des formes d'eaux profondes et bien oxygénées caractéristiques d'un lac, des formes adaptées à des milieux marécageux pauvres en oxygène et des formes adaptées à la fois à des milieux marécageux et à des eaux plus turbides (rivière ou fleuve), ce qui implique la présence conjointe d'un lac et d'un fleuve, qui devait certainement l'alimenter.
Il est impossible pour l’instant de déterminer plus précisément parmi cette mosaïque d’environnements péri-lacustres quel était l’environnement précis de Toumaï autour d'un lac endoréique alimenté par plusieurs fleuves. Néanmoins, par la diversité de leurs paysages (de la forêt galerie à la prairie herbeuse en bordure de désert) et de leurs faunes, le lac Tchad actuel et le delta du Chari, voire le delta actuel de l'Okavango, dans le Kalahari central (Botswana) doivent être comparables sans avoir la grande profondeur du paléo-lac.