Los factores ambientales y de diseño determinan la capacidad de gestión de aguas pluviales de los techos verdes; sin embargo, los factores de diseño y ambientales que impactan su rendimiento hidrológico en regiones húmedas subtropicales son poco comprendidos. En particular, los factores meteorológicos han recibido poca atención. Los factores meteorológicos varían considerablemente en diferentes etapas de un evento de lluvia (por ejemplo, durante la lluvia y el desagüe). Por lo tanto, el impacto de los factores meteorológicos en diferentes etapas sobre el rendimiento hidrológico debe considerarse por separado para obtener una imagen más precisa de sus efectos en el rendimiento hidrológico. En este estudio, se establecieron techos verdes experimentales basados en cuatro tipos de sustrato y dos profundidades. Por primera vez, este estudio exploró sistemáticamente los efectos de los factores de diseño del sustrato (tipo y profundidad) y los factores ambientales de múltiples etapas en el rendimiento hidrológico de los techos verdes. Se incorporaron factores ambientales, incluidos los factores meteorológicos, de tres etapas críticas (antes y durante un evento de lluvia y durante el desagüe), y características de la lluvia (por ejemplo, profundidad de lluvia y duración de la lluvia) para determinar la variación en el rendimiento hidrológico. Se analizaron los efectos de los factores ambientales de múltiples etapas sobre la retención y la reducción del pico, con un ranking de la importancia relativa de cada factor. Los factores ambientales jugaron un papel principal en la determinación del rendimiento hidrológico. Sin embargo, el impacto de los factores ambientales de múltiples etapas no fue tan importante como el de la profundidad de lluvia y el contenido volumétrico de agua antecedente. Se compararon las diferencias en el rendimiento hidrológico a través de combinaciones de factores de diseño. No se observaron diferencias significativas entre los tipos de sustrato y las profundidades. Sin embargo, podrían existir efectos interactivos potenciales, aunque estos no fueron significativos en comparación con los factores ambientales (por ejemplo, profundidad de lluvia y duración de la lluvia). Estos resultados confirmaron que los factores meteorológicos en las diferentes etapas relacionadas con el evento impactaron significativamente el rendimiento hidrológico. Cuantificar los efectos de los factores de diseño y ambientales es fundamental para la evaluación del rendimiento hidrológico. Los resultados proporcionaron una perspectiva más amplia sobre la comprensión de los mecanismos de influencia del rendimiento hidrológico y destacaron el impacto de los microclimas en el rendimiento hidrológico.