与土城子阶对应的岩石地层单位在冀北-辽西地区称土城子组，在辽北地区称英树沟组，在辽东地区称小东沟组。其地质时代隶属历有争议，主要观点有四种：①归属中侏罗世晚期；②中—晚侏罗世；③晚侏罗世；④晚侏罗世—早白垩世早期。这些时代隶属的分歧意见，因我国地学界众所周知，故不在此一一列举不同观点的代表者。当前土城子阶的地质时代争议集中在属中侏罗世还是晚侏罗世。
1.土城子阶的地质时代为中侏罗世
1）土城子阶叶肢介Pseudograpta-Beipiaoestheria-Mesolimnadia组合中的主要分子Sinograpta xiwopuensis的外形、大小和装饰与英国大河口群Kilmaluag组下部的Fibrestheria puncta十分相似，以Pseudograpta cf.murchisoniae为代表的Pseudograpta叶肢介群与大河口群Kilmaluag 组上部以Pseudograpta murchisoniae为代表的Pseudograpta叶肢介群可以对比。英国大河口群顶部的Kilmaluag 组时代依据海相化石的限定和叶肢介化石在大河口群中的纵向变化，被确定为中侏罗世Bathonian 最晚期。同时见有Euestheria haifanggouensis，E.ziliujingensis 等中侏罗世重要分子延续到土城子阶，与Pseudograpta共生。因此，叶肢介化石组合指示的土城子阶的时代为Bathonian 最晚期。
2）土城子阶的双壳类Ferganoconcha-Sibireconcha-Tutuella组合，其中Ferganoconcha shaansiensis等5个已知种，在国内中—上侏罗统均有分布；Sibireconcha属中除一个本地种外，其余S.?anodontoides等3种均见于中—上侏罗统中，且在中侏罗统常见；Tutuella属中，仅T.?chachlovi，T.?rotunda 和T.?iraidae 分布在中侏罗统，而T.?quadrata首见于浙江建德群蔡郎岗组。根据土城子阶双壳类组合分析，将该阶时代确定为中侏罗世，但不排除延入晚侏罗世的可能。
2.土城子阶的时代为中侏罗世晚期—晚侏罗世早期
土城子阶的植物化石以Brachyphyllum expansum-Pagiophyllum beipiaoense 组合为代表，其中早中侏罗世尤其中侏罗世常见分子有Coniopteris hymenophylloides，C.simplex，Brachyphyllum mamillare，Equisetites cf.sarrani，Yanliaoa cf.sinensis，也有晚侏罗世至早白垩世的重要分子，如Equisetites cf.naktongensis，Leptostrobus marginatus，Carpolithus fabiformis，Pityolepis larixiformis，P.pingquanensis，Schizolepis chilitica，Pagiophllum beipiaoense等。它们共同存在于土城子阶，说明该阶的时代归属于中侏罗世晚期—晚侏罗世早期较合适，倾向于晚侏罗世。
3.土城子阶的时代为晚侏罗世
1）土城子阶以Chaoyangsaurus youngi-Xuanhuasaurus niei为代表的恐龙动物群，其中Chaoyangsaurus 颧骨已向外扩张等特征，为进一步向鹦鹉嘴龙演化创造了条件，被认为是繁盛于早白垩世鹦鹉嘴龙的祖先类型。从国内外恐龙动物群演化的阶段和与鹦鹉嘴龙亲缘关系密切方面来看，该恐龙动物群表明土城子阶的时代为晚侏罗世早期。
2）土城子阶下部以Cetacella substriata-Mantelliana alta-Darwinula bapanxiaensis为代表的介形类化石组合带，一方面其成员中有较多繁盛于中侏罗世而可延入晚侏罗世早期的，如Darwinula sarytirmenensis，D.impudica，D.incurva，D.magna 等，另一方面这些种又与晚侏罗世开始出现的Cetacella，Mantelliana，Damonella共生，并同时出现Darwinula bapanxiaensis 和Mantelliana alta，Timiriasevia altovata 等晚侏罗世早期的一些种，尤其Cetacella substriata 与葡萄牙、美国下基默里奇阶的Cetacella striata 特征接近，C.substriata 又与过去在国内、外仅见于中侏罗统的Timiriasevia epidermiformis 共生（这两个种的个体均较多）。基于此，将土城子阶下部的时代置于晚侏罗世牛津期的早期。土城子阶上部以 Djungarica yangshulingensis-Mantelliana reniformis-Stenestroemia yangshulingensis 为代表的组合带，其成员中有一部分是由下伏介形类化石组合带延续上来的，如Darwinula yangshulingensis，D.yingshugouensis，Damonella depressa等，又出现了一些时代略晚的属，如Stenestroemia 和Wolburgia 等，因此将土城子阶上部的时代确定为晚侏罗世牛津期的晚期，但不排除延入基默里奇早期的可能。鉴于上述，根据介形类两个化石组合带，可将土城子阶的时代确定为与牛津阶基本相当的时代。
3）土城子阶的孢粉以Quadraeculina-Classopollis 组合（辽宁地区）或Classopollis-Callialasporites-Schizaeoisporites 组合（河北地区）为代表。Classopollis 在组合中占绝对优势，其类型及含量与该属在世界范围内晚三叠世、早侏罗世、晚侏罗世和早白垩世出现的4个高峰期相比较，符合晚侏罗世高峰期的特征。Quadraeculina 和Cllialasporites 在组合中占重要地位，其类型多样，含量亦高，恰是这两个属在晚侏罗世发育的特点，而与中侏罗世的不同。Cicatricosisporites和 Schizaeoisporites 在该组合中少量出现，在确定中侏罗世和晚侏罗世孢粉组合时具有决定性的意义，结合上述孢粉组合特征，可以明确地认为土城子阶孢粉组合面貌截然不同于中侏罗世孢粉组合面貌，更不同于早白垩世早期孢粉组合面貌。众所周知，Cicatricosisporites 繁盛于早白垩世，仅在国外部分地区零星出现在上侏罗统，而在本区土城子阶早期和晚期均有其分布；Schizaeoisporites 亦被认为是早白垩世特征分子，其在土城子阶的出现，可视为先驱分子。因此，孢粉组合所显示的土城子阶的时代应为晚侏罗世早期。
4）土城子阶的昆虫化石所属的后城昆虫群介于燕辽昆虫群和热河昆虫群之间，时代为晚侏罗世早期（洪友崇，1997）。
4.综合的时代意见
从上述土城子阶不同的时代依据可以看出，叶肢介、双壳类化石所反映的土城子阶时代为中侏罗世，尤其是Bathonian的最晚期；植物化石时代为中侏罗世晚期—晚侏罗世早期；而恐龙类、介形类、昆虫和孢粉化石所显示的土城子阶时代属晚侏罗世早期。这些门类化石产出的层位基本相同，有的共生在一起，但各自指示的时代却如此不同，除研究者认识上的主观因素外，与不同门类的一些属种起源、迁移、演变的速度等原因也有一定关系。考虑到土城子阶厚达几千米，根据目前的实际资料和研究程度，将土城子阶的时代确定为中侏罗世晚期—晚侏罗世早期（Bathonian晚期—Oxfordian），倾向于晚侏罗世早期。