ジュラ紀前期の海洋を完全掌握していたテムノドントサウルスですが、トアルシアン期（約1億8300万年前）と呼ばれる時代の末期を境に姿を消すことになります。その絶滅の主因として有力視されているのが、地球規模の「海洋無酸素事変（TOAE）」と急激な気候変動です。
大規模な火山活動などを引き金とする地球温暖化により、海水の循環が停滞し、広範囲にわたって酸素濃度が著しく低下しました。これにより、テムノドントサウルスの主食であった大型頭足類や中型海生動物の個体数が激減。巨大な体格を維持するために大量のエネルギーを必要としていた頂点捕食者ほど、食料ネットワークの崩壊による致命的な打撃を受ける結果となりました。
テムノドントサウルスの退場後、海洋生態系にはより小型で小回りの利く次世代の魚竜類や、首長竜のプレシオサウルス類、さらには白亜紀のモササウルス類へと覇権が引き継がれていくことになります。
