Como planta medicinal y comestible, la albahaca (Linn. var. (Willd.) Benth.) tiene una nutrición rica y un valor económico significativo. El aumento del estrés por calor causado por el calentamiento global afecta negativamente el crecimiento y rendimiento de las plantas. Sin embargo, el mecanismo de respuesta de la albahaca al estrés por calor se comprende poco. Este trabajo investigó los cambios en el fenotipo, metaboloma y transcriptoma en la albahaca bajo estrés por calor. Los resultados mostraron que el estrés por calor desencadenó un daño oxidativo severo y la inhibición de la fotosíntesis en la albahaca. El análisis metabonómico mostró que, en comparación con el grupo de control, se identificaron 29 metabolitos acumulados diferencialmente significativamente (DAMs) después de 1 día de tratamiento con calor, y 37 DAMs después del tratamiento de 3 días. Los DAMs se enriquecieron significativamente en varias vías como la glicólisis o gluconeogénesis; la biosíntesis de aminoacil-ARNt; y el metabolismo de alanina, aspartato y glutamato. Además, el análisis transcriptómico reveló que 15,066 y 15,445 genes fueron diferencialmente expresados después de 1 día y 3 días de tratamiento con calor, respectivamente. Entre ellos, 11,183 genes diferencialmente expresados (DEGs) fueron genes de respuesta comunes bajo tratamiento con calor de 1 día y 3 días, incluidos 5437 DEGs down-regulados y 6746 DEGs up-regulados. Todos los DEGs se enriquecieron significativamente en varias vías de KEGG (Enciclopedia de Genes y Genomas de Kyoto), la mayoría dominada por el metabolismo del glioxilato y dicarboxilato, seguida por el metabolismo del almidón y la sacarosa, y por la biosíntesis y metabolismo de otros metabolitos secundarios. En general, todos los resultados anteriores proporcionaron algunas ideas valiosas sobre el mecanismo molecular de la albahaca en respuesta al estrés por calor.