Вид не требователен к климатическим условиям (Серебрякова, 1953). Начало вегетации под Москвой по нашим данным — 15-19 апреля, в те же сроки — в Литве (Ражинскайте, 1967). Всходы появляются при температуре почвы 4-6° градусов (Лебедева, 1992).
К октябрю заканчиваются активные формообразовательные процессы в почках, наружные листья в розетках желтеют и отмирают, внутренние приобретают желто-зеленую окраску и опускаются к земле. Морозоустойчив (Фроленко, 1993). Резкие колебания температуры виду не вредны (Ростовцев, 1895). Рост и развитие его хорошо протекают при среднесуточной температуре 15-18°. Повышение температуры до 25-27° ускоряет развитие, а при более высоких температурах происходит отмирание. Снижение температуры и увеличение влажности воздуха в период созревания плодов приводят к увеличению содержания эфирного масла, так как уменьшается его испарение (Хотин, 1957).
Тмин обыкновенный произрастает на открытых и полуоткрытых участках (Цыганов, 1983). Н. Ellenberg (1991) относит вид к промежуточной группе световых-полусветовыми растений (8-я ступень шкалы). На лугах часто оказывается в тени более высоких растений, но обилен на нарушенных лугах с малым покрытием и низким травостоем — там его генеративные органы оказываются в 1-ом горизонте, а прикорневая розетка во 2-ом или 3-ем. Световую стадию проходит на длинном дне.
Растение мезофит (Серебрякова, 1953а) или ксеромезофит (Тюрина, 1978), предпочитает свежие почвы (5-я ступень шкалы Элленберга). По Л.Г. Раменскому с соавторами (1956) этот вид произрастает на почвах от сухих луговых до болотно-луговых (61-90-я ступени), но обилен на свежих и сухих лугах (ступени 61-66-я), при средне- и сильно-переменном увлажнении (ступени 6-13). По Д.Н. Цыганову (1983) произрастает на почвах от лугово-степных до болотно-лесолуговых (9-17-я ступени). Сильно изрезанные листья, небольшая общая масса, по-видимому, позволяют тмину произрастать в широком диапазоне влажности почвы. Однако, при прорастании семян и развитии проростков, а также в период с начала стеблевания до формирования плодов на всех зонтиках, необходима влажная почва, но без излишней сырости, так как это стержнекорневое растение требовательно к хорошей аэрации почвы (Ростовцев, 1895; Чехонина-Трифонова, 1954; Хотин, 1957; Фроленко, 1993).
Тмин имеет широкий экологический диапазон богатства почвы. Н. Ellenberg (1991) относит его к группе растений, растущих на почвах промежуточных между средними и богатыми минеральным азотом (6-я ступень шкалы), Б. Landolt (1977) — на почвах от среднебедных до среднебогатых (3-я ступень). Распространен в диапазоне от бедных до среднезасоленных почв (5-21-я ступени по Раменскому), но очень обилен на довольно богатых почвах (10-12-я ступени); по Д.Н. Цыганову (1983) встречается в диапазоне от бедных до богатых азотом почв (5-8-я ступени). В экспериментах с внесением удобрений показано, что рост растений более всего стимулирует N и NP; NPK и NK в меньшей степени; К — тормозит рост (Ражинскайте, Славенас,1963; Ражинскайте, 1967). При N60 Р80 К45 получен в опытах самый большой урожай зеленой массы и плодов. При сокращенном световом дне на подзолистой почве лучше растет при внесении аммиачного азота, так как на нитратном азоте в этих условиях отстает в росте и продукции, но на не известкованной подзолистой почве больший урожай был получен при внесении нитратного азота. При внесении нитрата натрия и хлористого калия (а не сернокислого), содержание эфирного масла в плодах выше (Хотин, 1957). Азот в вариантах N, NP, NK и NPK стимулирует рост растений и образование хлорофилла, Р и К в вариантах' Р, К и РК тормозят синтез хлорофилла. Влияние удобрений на эфиромас-личность не велико: выше контроля она была на вариантах N, NK и NP (Ражинскайте, Славенас, 1963).
Тмин индифферентен к кислотности почв (по шкалам Элленберга), произрастает и на очень кислых и на щелочных почвах (1-13-я ступень по Цыганову), однако оптимум находится на почвах в диапазоне от слабокислых до субацидофильных (7-я). По данным А.А. Глушенко (1963), тмин отрицательно реагирует на кислую реакцию почвы. Предпочитает хорошо аэрируемые, мелкопесчаные почвы (4-я ступень шкалы Ландольта). Для Мариийской АССР указывается приуроченность к глинистым почвам и мергелям (Подымов, Суслов, 1990). В Приокско-Террасном заповеднике предпочитает более тяжелые, хорошо увлажненные почвы на заливных лугах р. Оки (Смирнов, 1958). В культуре хорошо растет на суглинистых и супесчаных почвах. Способен заселять речные песчаные наносы и голую почву у полей и огородов, галечные обнажения долин рек. Выдерживает присыпание песком до 10 см (наши данные). Растет по дорогам и нарушенным местам (Смирнов, 1958).