Nhiệt độ toàn cầu tăng và số ngày nóng gay gắt cũng gia tăng khiến nhiều loài kiệt sức, mất nước, rơi từ trên cây hay chết do quá nóng. Ở Tecolutilla, Mexico, đợt nắng trên 43°C khiến nhiều con khỉ rú (howler monkeys) ngất xỉu và rơi xuống đất; tại Tabasco có ít nhất 83 ca động vật thiệt mạng. Hiện tượng tương tự diễn ra ở nhiều nơi: dơi ở Australia rơi khỏi cây, hàng tỷ hàu và vỏ sò chết đổ ra ngoài biển ở Canada; nhiều loài bọ cánh cứng bị vô sinh vì nhiệt.

Những con dơi ăn quả xám tại bệnh viện dơi Tolga, sau khi hàng nghìn cá thể thuộc loài đang bị đe dọa này chết vì sốc nhiệt trong đợt nắng nóng kỷ lục 42°C ở Queensland. Ảnh: D Pinson/Alamy.
Các nhà khoa học cho rằng sóng nhiệt không chỉ nâng nhiệt độ trung bình mà còn tăng số ngày cực nóng và thời gian chịu đựng của hệ sinh thái. Max Kotz và đồng nghiệp cho biết phân bố nhiệt bị dịch chuyển lên phía cao và số ngày nóng gay gắt tăng lên đáng kể, đặc biệt ở vùng nhiệt đới.
Nghiên cứu gần đây chỉ ra ở vùng nhiệt đới, quần thể chim xuống 25–38% trong 70 năm qua do nhiệt độ đỉnh cao, trong khi ở vùng ôn đới ít bị ảnh hưởng hơn. Nhiệt độ cực đoan tác động đến sinh sản và nguồn thức ăn từ côn trùng, khiến nhiều loài trong khu bảo tồn bị đe dọa nhiều hơn so với tác động của mất môi trường sống do con người.
Một ví dụ đáng chú ý năm 2021 ở khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương, khi nước biển nóng trên 46°C khiến hàng tỷ động vật thân mềm và ngao chết dọc bờ biển; tuy nhiên một số loài như ngao vẫn phục hồi nhanh hơn nhiều so với các loài khác. Động vật nhỏ lại dễ bị ảnh hưởng về sinh lý và sinh sản: ở châu Phi, chuột đồng và các loài tương tự khi giả lập sóng nhiệt cho thấy giảm testosterone và các chỉ số sinh sản, dự báo nguy cơ suy giảm dân số và chu trình dinh dưỡng.