Este estudio tuvo como objetivo investigar el efecto combinado de altas temperaturas 10 grados C por encima del óptimo y la retención de agua durante la microgametogénesis en los procesos vegetativos y determinar la respuesta de los genotipos de cebada de invierno con tolerancia contrastante. Para este propósito, se analizaron dos variedades de cebada para comparar el efecto del co-estrés por calor y sequía en su fenología, morfo-anatomía, respuestas fisiológicas y bioquímicas y componentes del rendimiento. Se observó variación genotípica en respuesta al co-estrés por calor y sequía, que se atribuyó a diferencias en anatomía, ultraestructura y procesos fisiológicos y metabólicos. La reducción inducida por el co-estrés en el contenido relativo de agua, el contenido total de proteínas solubles y carbohidratos, el contenido de pigmentos fotosintéticos y la eficiencia fotosintética de la variedad sensible Spinner fue significativamente mayor que la del genotipo tolerante Lambada. Con base en estas observaciones, se ha concluido que la tolerancia al estrés por calor y sequía de la variedad Lambada está relacionada con el menor contenido inicial de clorofila de las hojas, la resistencia relativa de los pigmentos fotosintéticos hacia la degradación inducida por el estrés, los parámetros fotosintéticos retenidos y una mejor preservación de la ultraestructura foliar. Comprender los factores clave que subyacen a la tolerancia al co-estrés por calor y sequía en la cebada puede permitir a los criadores crear variedades de cebada con una estabilidad de rendimiento mejorada en un clima cambiante.