Tochenaya võistles 2000. aasta Sydney olümpiamängudel kolmes ujumisvõistluses. Ta saavutas FINA A-standardid 27.16 (50 m vabas stiilis) ja 58.83 (100 m vabas stiilis) Venemaa avatud meistrivõistlustel Peterburis. Viiendal olümpiamängude päeval ujus Tochenaya oma programmis kaks võistlust, mille vahel oli vaid 90 minutit. Kõigepealt sai ta neljakümne kolmanda koha 100 meetri vabas stiilis. Teises soojuses tuli ta spektakuläärse ujumisega pakki taga, et koguda kuues seemne 58,80-s, mis on tema isiklikule rekordile piisav. Rohkem kui tunni pärast sai Tochenaya koos Nataliya Korabelnikova, Anna Korshikova ja Anjelika Solovievaga neljateistkümnendaks 4×200 m vabastiilis (8:41.21). Kaks päeva hiljem, 50 m vabas stiilis
, Tochenaya jagas neljakümne esimese seemne Lõuna-Korea Chang Hee-Jiniga hommikul eelvalimistel. Ta andis suurepärase aja ja isikliku parima tulemuse 26.88-ga, et põletada väljakut neljandas soojuses.