El cadmio (Cd) influye significativamente en las características morfológicas y fisiológicas, así como en la capacidad de transporte de las plantas, pero el mecanismo subyacente del estrés por Cd aún debe ser estudiado más a fondo. En este estudio, se realizaron análisis fisiológicos, transcriptómicos y metabolómicos para examinar las características morfológicas y fisiológicas de dos líneas élite de maíz, Chang7_2 (C7_2, una línea resistente al Cd) y Zheng58 (Z58, una línea sensible al Cd) bajo condiciones de control y estrés por Cd. Los resultados de las características morfológicas indicaron que C7_2 se redujo entre un 9.50 y un 29.60% bajo estrés por Cd, mientras que Z58 mostró cambios morfológicos más pronunciados que oscilaron entre el 10.12 y el 41.72% bajo estrés por Cd. Las evaluaciones fisiológicas revelaron que C7_2 mantuvo una actividad relativamente estable de las enzimas antioxidantes, mientras que Z58 demostró alteraciones más rápidas en el sistema antioxidante bajo estrés por Cd. El análisis transcriptómico identificó 3030 genes expresados diferencialmente (GEDs) únicos de C7_2 y 4298 GEDs únicos de Z58, con 1746 GEDs comunes compartidos entre las dos líneas. La anotación funcional reveló que los GEDs únicos en C7_2 estaban principalmente enriquecidos en la transducción de señales de hormonas vegetales, interacciones planta-patógeno y la vía de señalización MAPK, mientras que los GEDs únicos en Z58 estaban principalmente enriquecidos en funciones relacionadas con ribosomas, transducción de señales de hormonas vegetales y biosíntesis de fenilpropanoides. El análisis metabolómico identificó 12 superclases que abarcan 896 metabolitos en C7_2 y Z58, incluyendo principalmente lípidos y moléculas similares a lípidos, ácidos orgánicos y derivados, así como compuestos organoheterocíclicos. El análisis de metabolitos acumulados diferencialmente (MADs) reveló que se acumularon menos MADs en C7_2 bajo estrés por Cd. Un análisis adicional identificó que las tres vías de biosíntesis de anclaje GPI, metabolismo de glicerofosfolípidos y metabolismo de purinas estaban entre las 10 principales vías metabólicas en C7_2 y Z58. El análisis integrador destacó los roles cruciales de la biosíntesis de fenilpropanoides y la biosíntesis de zeatina en C7_2 para la resistencia al estrés por Cd. Este estudio proporciona nuevas perspectivas sobre las vías moleculares y metabólicas subyacentes a la tolerancia al Cd en maíz al integrar análisis transcriptómicos y metabolómicos de dos líneas inbred contrastantes, proporcionando una base teórica para el futuro mejoramiento de variedades tolerantes al Cd.