Las predicciones futuras debido al cambio climático indican disminuciones en las precipitaciones y períodos de sequía más largos. La búsqueda de nuevos cultivos tolerantes es una estrategia importante. El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto del estrés hídrico en la fisiología y productividad de cultivos con potencial para crecer en el período de off-season en el Cerrado, y evaluar las correlaciones con la temperatura del dosel obtenida mediante termografía. El experimento se llevó a cabo en condiciones de campo, con un diseño experimental en bloques al azar, en un esquema de parcelas divididas y cuatro repeticiones. Las parcelas fueron: frijol común, amaranto, quinua y trigo sarraceno. Las subparcelas estaban compuestas por cuatro regímenes de agua: régimen de agua máxima (WR 535 mm), régimen de alta disponibilidad (WR 410 mm), régimen de agua de off-season (WR 304 mm) y régimen de agua severo (WR 187 mm). Bajo WR 304 mm, la concentración interna de CO y la fotosíntesis se redujeron en menos del 10% en el amaranto. El frijol común y el trigo sarraceno redujeron un 85% en fotosíntesis. La reducción en la disponibilidad de agua aumentó la temperatura del dosel en los cuatro cultivos y, en general, el frijol común fue la especie más sensible, mientras que la quinua tuvo las temperaturas de dosel más bajas. Además, la temperatura del dosel se correlacionó negativamente con el rendimiento de grano, el rendimiento de biomasa y el intercambio de gases en todas las especies vegetales, por lo que la termografía del dosel representa una herramienta prometedora para monitorear la productividad de los cultivos para los agricultores, para la identificación de cultivos con alta gestión del uso del agua para la investigación.