La rápida urbanización ha provocado cambios significativos en la temperatura de la superficie terrestre urbana (LST), lo que a su vez afecta a los ecosistemas urbanos y la salud de los residentes. Por lo tanto, explorar la interrelación entre el desarrollo urbano y la LST puede ayudar a optimizar el entorno térmico urbano y promover el desarrollo sostenible. Basado en datos de teledetección de 2004 a 2019 dentro del sexto anillo de Beijing, este estudio investiga la ley de acoplamiento espacio-temporal de la luz nocturna (NTL) y la LST utilizando un modelo de acoplamiento general y analiza el grado de coordinación entre ellos utilizando un modelo de coordinación. También se analizó la ley de respuesta espacial entre ellos utilizando elipses de desviación estándar y autocorrelación espacial bivariada. Los resultados muestran que, desde la perspectiva de la evolución espacio-temporal, las distribuciones espaciales de NTL y LST dentro del sexto anillo de Beijing estaban estrechamente relacionadas desde 2004 hasta 2019, aunque el acoplamiento general de NTL y LST inicialmente disminuyó y luego aumentó continuamente. Desde la perspectiva de los tipos de coordinación, los principales tipos de coordinación entre NTL y LST se deterioraron con el tiempo. El aumento de la LST se retrasó respecto a la NTL de 2004 a 2009 (tipo de histéresis de calentamiento), mientras que la LST aumentó antes que la NTL de 2014 a 2019 (tipo de avance de calentamiento). Esto sugiere que el desarrollo urbano se volvió menos eficiente, mientras que los aumentos de LST se volvieron más significativos. En términos de correlación, NTL y LST mostraron una correlación positiva significativa y una correlación espacial positiva; el coeficiente de correlación primero disminuyó significativamente y luego continuó aumentando. De 2004 a 2009, el aumento de temperatura causado por la urbanización fue reprimido debido a los Juegos Olímpicos de Beijing de 2008 y las políticas de protección ecológica relacionadas, lo que resultó en una disminución significativa del coeficiente de correlación entre NTL y LST. De 2009 a 2019, las medidas a corto plazo tomadas por Beijing durante los Juegos Olímpicos ya no fueron efectivas, y la oposición entre el desarrollo urbano y las políticas relacionadas hizo que las políticas fueran cada vez menos efectivas, aumentando así el coeficiente de correlación entre NTL y LST, y el aumento de LST fue más significativo. Esto afectará en gran medida el entorno ecológico urbano y la salud de los residentes, y hará que la inversión gubernamental previa para suprimir el aumento de temperatura sea en vano. Este estudio puede proporcionar apoyo teórico y práctico para el desarrollo de esquemas de optimización del entorno térmico y estrategias de mitigación de LST en Beijing y otras ciudades.