Para investigar la utilidad de la metabolómica de cromatografía de gases GCxGC integral en la búsqueda de marcadores varietales entre compuestos volátiles en vinos tintos no aromáticos, se sometieron muestras representativas de los dos vinos tintos monovarietales croatas más importantes, Plavac mali y Teran, a análisis tanto por cromatografía de gases-espectrometría de masas convencional (GC-MS) como por cromatografía de gases bidimensional integral con espectrometría de masas de tiempo de vuelo (GCxGC-TOF-MS) después de microextracción en fase sólida de cabeza (HS-SPME). GC-MS fue útil para la determinación del perfil volátil básico compuesto principalmente por ésteres y ácidos principales, seguidos por terpenos y C-norisoprenoides. GCxGC-TOF-MS permitió la identificación de 209 compuestos volátiles, entre los cuales 49 fueron significativamente diferentes entre vinos monovarietales. Los compuestos más característicos para Teran fueron dos isómeros de teaspirano, etil 3-(metilsulfanil)propanoato, etil metihexanoato y ho-trienol, mientras que Plavac mali se destacó con concentraciones más altas de tridecano y un isómero de 2,3-butanodiol. Los dos vinos monovarietales fueron diferenciados exitosamente entre sí por métodos estadísticos multivariados principalmente basados en datos de GCxGC-TOF-MS. El enfoque presentado que combina GC-MS convencional y GCxGC-TOF-MS avanzado mostró un gran potencial para rastrear marcadores químicos de origen varietal y podría ser aplicado prácticamente en la gestión de la producción de vino, calidad y tipicidad, marketing y protección contra falsificaciones.