La dinámica y heterogeneidad de la isla de calor urbana (UHI) es el resultado de las interacciones entre componentes bióticos, físicos, sociales y construidos. La ecología urbana, como ciencia transdisciplinaria, puede proporcionar un contexto para entender los complejos problemas sociales y biofísicos, como el entorno térmico en las ciudades. Este estudio tuvo como objetivo desarrollar un marco teórico para elucidar las interacciones entre los patrones y procesos socio-biofísicos que median la UHI. Para ello, realizamos una revisión teórica para delinear la complejidad de la UHI utilizando el concepto de heterogeneidad dinámica de patrón, proceso y función en el fenómeno de la UHI. Además, se concibió una espiral de heterogeneidad hipotética (es decir, espiral de impulso-resultados) relacionada con la UHI como un modelo de plantilla. El marco teórico adoptado puede proporcionar una visión holística de la UHI, contribuyendo a una mejor comprensión de las variaciones espaciales de la UHI en estudios a largo plazo. A través del marco desarrollado, podemos idear enfoques metodológicos apropiados (es decir, técnicas basadas en estadísticas) para desarrollar modelos de predicción de la heterogeneidad espacial de la UHI.