Siendo un tema esencial en el calentamiento climático global, la respuesta de los espacios verdes urbanos a la contaminación del aire y la variabilidad climática debido a la rápida urbanización se ha convertido en una preocupación creciente tanto a nivel local como global. Este estudio exploró la respuesta de la vegetación urbana a la contaminación del aire y la variabilidad climática en la metrópoli de Bucarest en Rumanía desde una perspectiva espaciotemporal durante 2000-2024, con un enfoque en el período 2020-2024. A través de la sinergia de series temporales de datos de contaminación del aire in situ y datos climáticos, y variables biofísicas de vegetación derivadas de datos satelitales MODIS Terra/Aqua, este estudio aplicó regresión estadística, correlación y análisis de tendencias lineales para evaluar las relaciones lineales entre variables y sus asociaciones por pares. Los espacios verdes se midieron con el índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI) de MODIS, el índice de área foliar (LAI), la radiación fotosintéticamente activa (FPAR), la evapotranspiración (ET) y la producción primaria neta (NPP), que capturan las características complejas de los sistemas de vegetación urbana (jardines, árboles de calle, parques y bosques), bosques periurbanos y áreas agrícolas. Para ambas áreas de prueba, el centro de Bucarest (6.5 km x 6.5 km) y la metropolitana (40.5 km x 40.5 km), durante el período de cinco años investigado, este estudio encontró correlaciones negativas del NDVI con las concentraciones de partículas en suspensión a nivel del suelo en dos fracciones de tamaño, PM2.5 (centro de la ciudad r = -0.29; < 0.01, y metropolitana r = -0.39; < 0.01) y PM10 (centro de la ciudad r = -0.58; < 0.01, y metropolitana r = -0.56; < 0.01), así como entre el NDVI y los contaminantes gaseosos del aire (dióxido de nitrógeno-NO, dióxido de azufre-SO y monóxido de carbono-CO). También se observaron correlaciones negativas entre el NDVI y los parámetros climáticos, la humedad relativa del aire (RH) y el albedo de la superficie terrestre (LSA). Estos resultados muestran el potencial de los espacios verdes urbanos para mejorar la calidad del aire a través de la deposición de contaminantes del aire, la retención y la alteración de la salud de la vegetación, particularmente durante las estaciones secas y los veranos calurosos. Para el mismo período de análisis, se registraron correlaciones positivas entre el NDVI y la irradiancia solar en la superficie (SI) y la altura de la capa límite planetaria (PBL). Debido al aumento del ozono a nivel del suelo durante la temporada de verano (junio-agosto), se encontraron correlaciones negativas significativas con el NDVI (r = -0.51, < 0.01) para el centro de la ciudad de Bucarest y (r = -76; < 0.01) para el área metropolitana, lo que puede explicar la vegetación degradada o desvitalizada bajo altos niveles de ozono. Además, durante los calurosos veranos de 2020-2024, esta investigación reportó correlaciones negativas entre la temperatura del aire a 2 m de altura (TA) y el NDVI tanto para el centro de la ciudad de Bucarest (r = -0.84; < 0.01) como para la escala metropolitana (r = -0.90; < 0.01), así como correlaciones negativas entre la temperatura de la superficie terrestre (LST) y el NDVI para Bucarest (centro de la ciudad r = -0.29; < 0.01) y el área metropolitana (r = -0.68, < 0.01). Durante las temporadas de verano, las correlaciones positivas entre ET y los parámetros climáticos TA (r = 0.91; < 0.01), SI (r = 0.91; < 0.01), humedad relativa RH (r = 0.65; < 0.01) y NDVI (r = 0.83; < 0.01) están asociadas con los efectos de enfriamiento de la vegetación urbana, mostrando que una mayor densidad de vegetación está asociada con temperaturas más bajas del aire y de la superficie terrestre. La correlación negativa entre ET y LST (r = -0.92; < 0.01) explica la huella de la evapotranspiración en las variaciones diurnas de LST en contraste con TA. La tendencia decreciente de NPP durante 24 años destacó la respuesta de retroalimentación de la vegetación a la contaminación del aire y el calentamiento climático. Para las futuras ciudades verdes, los resultados de este estudio contribuyen al desarrollo de estrategias avanzadas para la protección de la vegetación urbana y una mejor mitigación de la calidad del aire bajo una mayor frecuencia de eventos climáticos extremos.