Озеро Толмачёва располагается в южной части Камчатского п-ова, на северо-западной периферии Толмачёва дола, представляющего собой лавово-пирокластическое плато, образованное в результате проявления ареального (площадного) вулканизма.
Происхождение озерной чаши этого одного из самых больших и красивых пресных водоемов Камчатки связано с подпрудой русла р. Толмачёва лавово-пирокластической плотиной, перегородившей западную оконечность тектонического прогиба (грабен-синклинали) земной коры в ходе извержений нескольких моногенных вулканов, приуроченных к западной оконечности этого прогиба.
Согласно первому научному обследованию озера, проведенному в 1966 г. сотрудниками Камчатского отделения ТИНРО, его средняя глубина составляла 7,9 м, максимальная — 26,0 м, а площадь озерного зеркала достигала 11,2 км2. Однако после строительства в 1997 г. каскада Толмачёвских ГЭС уровень воды значительно поднялся и площадь антропогенного водоема в 1999 г. достигла 24,7 км2.
Тем не менее изначальные параметры естественного озера были значительно большими, чем у современного водохранилища. Об этом свидетельствуют два береговых уступа (высотой около 1,5–2 и 4–5 м над современным пляжем) на южном борту озера, формирование которых объясняется двукратным прорывом естественной плотины и, следовательно, двукратным же понижением уровня воды в первичном водоеме.
Интересна и история появления имени этого озера. Первоначально оно называлось Опальским. Об этом позволяет судить легенда коренных жителей-ительменов (...На самом верху горы [Опалы. — В.Б.] есть пространное озеро, а около его много китовых костей, которых мясом питаются, по их [камчадалов. — В.Б.] мнению... Гамулы), записанная великим русским натуралистом С. П. Крашенинниковым. Правда, на самом деле это «пространное озеро» располагается не на вершине вулкана, а в 15 км к востоку-северо-востоку от его подножия. Но, поскольку Крашенинников сам на озере не бывал, а показания местных жителей, к тому же в переводе с ительменского на русский, были очень туманными, он ограничился всего лишь изложением древней легенды.
Однако впоследствии это название было забыто, о чем свидетельствует другой великий натуралист, К. Дитмар: В Карымчину впадает очень быстрая река Толмачёва, вытекающая из одного озера у подошвы Апачинской сопки [вулкана Опала. — В.Б.], находящегося недалеко от истоков р. Апачи [ныне р. Опалы. — В.Б.], впадающей с р. Голыгиной в одну общую губу. Спустя более полувека после него известный ботаник В. Л. Комаров, упомянув о реке Толмачёва, о названии озера также ничего не говорил. Не приводил названия этого озера и геодезист Н. Г. Келль — другой участник известной Камчатской экспедиции Ф. П. Рябушинского. И лишь в 1910 г. озеро получило свое нынешнее название.
Что же касается причин появления у озера этого имени, то камчатский краевед В. И. Воскобойников связал его происхождение с неким «толмачом» (переводчиком), якобы некогда проживающим на его берегах. Так и закрепилось, по его мнению, за озером татарское название, а от озера — за грядой гор в этом районе.
Однако это предположение Воскобойникова явно не соответствует реальности, ибо ниже озера, на р. Толмачёва, существовали довольно высокие водопады, препятствовавшие проходу рыбы в озеро, отчего до 1985 г. ее там не было вообще. А потому проживание на его берегах, из-за отсутствия постоянного источника пропитания, было попросту невозможно. Так что даже если и признать, что в основе нынешнего названия озера лежит слово «толмач», то, скорее всего, это имя к озеру перешло от названия реки, в нижнем течении которой ловлей лосося мог промышлять этот самый переводчик.
Нечто похожее писал и В. П. Кусков, по мнению которого название поначалу принадлежало реке, вытекающей из озера, и только потом от нее получили свои имена и само озеро, и гора, расположенная возле его берега. Другое дело, что происхождение этого названия он связывал не с мифическим толмачом, а с искажением русскими ительменского имени типа Хомучь или Греничь — наподобие того, как ительменское имя реки Тулуачь превратилось в русское название Толбачик.
Итак, как уже говорилось, в естественном состоянии озеро было безрыбным. Однако потенциально оно было вполне пригодно для обитания рыбы, что и было доказано в 1985 г., когда камчатские ихтиологи вселили в озеро 90 производителей пресноводной формы нерки (кокани) из озера Кроноцкого. В 1988 г. к ним добавили еще 800 сеголетков из озера Карымского. Вселенцы на новом месте прижились настолько успешно, что с 1993 по 1997 г. в нем ежегодно добывалось 5–6 т этой деликатесной рыбы.
Вместе с тем преобразование озера в водохранилище с гидрологическими условиями, отличающимися от первично-озерных, характеризовалось изменением структуры фито- и зоопланктонных сообществ нового водоема.