Đối với thực vật, nhiệt độ có ảnh hưởng đến hình thái, chức năng sinh lý và khả năng sinh sản. Nhiệt độ thấp có ảnh hưởng đến hình thái của cây. G.I Parlovscaia (1948) đã làm thí nghiệm với cây Cốc-xa-ghi (Taraxacum koksaghyz) thấy rằng trong điều kiện ánh sáng và độ ẩm giống nhau, nếu để cây ở nhiệt độ 60C thì lá xẻ thuỳ sâu, ở nhiệt độ 15 -180C lá không xẻ thuỳ sâu nhưng mép lá có răng cưa nhỏ. Những thí nghiệm đối với một số cây ăn quả vùng ôn đới như táo, lê cho thấy khi nhiệt độ xuống thấp thì rễ cây có màu trắng, ít hóa gỗ, mô sơ cấp phân hóa chậm, ở nhiệt độ cực thích rễ có màu, tầng phát sinh hoạt động mạnh tạo nhiều gỗ, bó mạch dài, ở nhiệt độ cực hạn cao thì rễ có màu, gỗ dày cứng và cây chết dần.

Tùy theo nơi sống có nhiệt độ cao hay thấp mà cây hình thành nên những bộ phận bảo vệ. Cây mọc ở nơi trống trãi, cường độ ánh sáng mạnh, nhiệt độ cao thì cây có vỏ dày, màu nhạt, tầng bần phát triển nhiều lớp có tác dụng cách nhiệt, lá nhỏ, có tầng cutin dày hạn chế sự bốc hơi nước. Những cây có thân ngầm dưới đất, khi các phần trên mặt đất bị tổn thương, bị chết, từ thân ngầm mọc lên những chồi mới và cây phục hồi. Hoặc ở những vùng ôn đới về mùa đông cây có hiện tượng rụng lá nhờ đó hạn chế diện tích tiếp xúc với không khí lạnh; cây hình thành lên các vảy bảo vệ chồi, các lớp bần phát triển để cách nhiệt.

Thực vật là cơ thể biến nhiệt, vì thế các hoạt động sinh lý của nó đều chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường. Cây quang hợp tốt ở nhiệt độ 20-300C, nhiệt độ quá thấp hay quá cao đều ảnh hưởng đến quá trình này.

Ở nhiệt độ 00C cây nhiệt đới ngừng quang hợp vì diệp lục bị biến dạng, ở nhiệt độ từ 400C trở lên sự hô hấp bị ngừng trệ. Các cây ôn đới có khả năng hoạt động trong điều kiện nhiệt độ thấp hơn 00C, ví dụ như một số loài tùng, bách mầm cây vẫn hô hấp khi nhiệt độ xuống -220C. Quá trình thoát hơi nước của thực vật cũng chịu ảnh hưởng của nhiệt độ. Khi nhiệt độ không khí càng cao, độ ẩm không khí càng xa độ bảo hòa; cây thoát hơi nước mạnh. Khi nhiệt độ thấp, độ nhớt của nguyên sinh chất tăng lên, áp suất thấm lọc giảm nên rễ hút nước khó khăn không đủ cung cấp cho cây, để thích nghi trong điều kiện này cây tiến hành rụng lá.

Nhiệt độ có ảnh hưởng của đến quá trình sống thực vật. Trong những giai đoạn phát triển cá thể khác nhau, nhu cầu nhiệt độ cũng khác nhau. Chẳng hạn như ở giai đoạn nảy mầm, hạt cần nhiệt độ thấp hơn thời kỳ nở hoa, vào thời kỳ quả chín đòi hỏi nhiệt độ cao hơn cả. Khả năng chịu đựng nhiệt độ bất lợi ở các bộ phận của thực vật không giống nhau. Lá là cơ quan tiếp xúc nhiều và trực tiếp với không khí, do đó chịu đựng được sự thay đổi về nhiệt độ thấp.