Entender la sensibilidad de la respiración del ecosistema (ER) a la temperatura en aumento es crucial para predecir cómo responde el sumidero de carbono terrestre a un clima en calentamiento. La sensibilidad de la temperatura de la ER puede variar de manera diurna, pero se comprende mal debido a la escasez de sitios de observación que documenten la ER real durante el día a escala global. Aquí, utilizamos un enfoque mejorado de partición de flujos para estimar la sensibilidad aparente de la temperatura de la ER durante el día (E) y la noche (E) derivada de observaciones multianuales de 189 sitios de FLUXNET. Nuestros resultados demostraron que E es significativamente mayor que E en todos los biomas, con variaciones estacionales significativas en la discrepancia día-noche en la sensibilidad de la temperatura de la ER (E = E/E) excepto en el bosque de hoja ancha perenne y las sabanas. Tales variaciones estacionales en E resultan principalmente del efecto de la temperatura y la amplitud estacional del NDVI. Predecimos que el calentamiento futuro disminuirá E debido a la reducción de E para finales de siglo en la mayoría de las regiones. Además, encontramos que ignorar E conduce a una sobreestimación de la ER anual del 10~80% a nivel global. Así, nuestro estudio destaca que las diferentes dependencias de temperatura entre la ER diurna y nocturna deben incorporarse en los modelos del sistema terrestre para mejorar las predicciones de la retroalimentación del carbono y el cambio climático bajo escenarios de calentamiento futuro.