Los estudios sobre cómo las ciudades se ven afectadas por las islas de calor urbano (UHI) son críticos en la actualidad para una mejor comprensión de los efectos conectados y para proporcionar información útil para la planificación del desarrollo sostenible de las ciudades. En este estudio, se utilizaron imágenes del Landsat-5 Thematic Mapper (TM), Landsat-7 Enhanced Thematic Mapper+ (ETM+) y Landsat-8 Operational Land Imager (OLI) para evaluar la dinámica del patrón espaciotemporal del uso del suelo/cobertura del suelo (LU/LC) y la temperatura de la superficie terrestre (LST) en la ciudad metropolitana de Mashhad, Irán, en el período entre 1990 y 2019. Se utilizó el modelo de cadena de Markov (MCM) para predecir LU/LC y LST para 2030. En los mapas de LU/LC analizados, se distinguieron tres clases de LU/LC, incluyendo tierras urbanizadas (BUL), tierras vegetadas (VL) y tierras desnudas (BL) utilizando el método de clasificación de máxima verosimilitud (ML). Los datos recopilados mostraron diferentes variaciones en el patrón geográfico de LST de Mashhad durante el período de investigación que impactaron la LST en esta metrópoli. El estudio evaluó las variaciones en las clases de LU/LC y evaluó su impacto en la LST. El valor de la LST se correlacionó positivamente con la ocurrencia de tierras urbanizadas (BUL) y con las áreas de tierras desnudas, mientras que se correlacionó negativamente con la ocurrencia de las áreas de VL. El análisis de los cambios observados durante tres décadas con intervalos de 10 años y la predicción de LU/LC y LST para 2030 constituyen una contribución importante a la delimitación de la dinámica de los registros largos de LU/LC y LST. Estos resultados innovadores pueden tener un impacto importante en la formulación de políticas que fomenten la sostenibilidad ambiental, como el control y la gestión de la expansión urbana de Mashhad en relación con UHI.