El asombroso aumento de la temperatura presenta una amenaza alarmante para la producción de cultivos en todo el mundo. Como lo demuestran la gran disminución del rendimiento en varios cultivos, los impactos drásticos crecientes del estrés por calor (HS) están poniendo en alto riesgo la producción alimentaria mundial, así como la seguridad nutricional. El HS es un importante estrés abiótico que influye en la morfología, fisiología, reproducción y productividad de las plantas a nivel mundial. Las respuestas fisiológicas y moleculares al HS son áreas de investigación dinámicas, y se están adoptando técnicas moleculares para producir plantas de cultivo tolerantes al calor. En este artículo, revisamos hallazgos recientes, impactos, adopción y tolerancia a nivel celular, organular y de planta entera, y reportamos varios enfoques que se utilizan para mejorar la tolerancia al HS en plantas de cultivo. Los enfoques ómicos desentrañan varios mecanismos subyacentes a la termotolerancia, lo cual es imperativo para comprender los procesos de respuestas moleculares hacia el HS. Nuestra revisión sobre los mecanismos fisiológicos y moleculares puede iluminar formas de desarrollar cultivares termo-tolerantes y producir plantas de cultivo que sean agrícolamente importantes en condiciones climáticas adversas.