Las olas de calor se han convertido en una emergencia de salud pública que genera grandes preocupaciones. Correspondientemente, debido al cambio climático, se prevé un aumento en los eventos climáticos extremos, como olas de calor, inundaciones y huracanes, a través de modelos de última generación y análisis estadísticos robustos. Dado que la cuenca del Mediterráneo es reconocida como el punto caliente más prominente del cambio climático global, es fundamental realizar más investigaciones científicas sobre los futuros impactos de las olas de calor en la mortalidad humana, así como en la salud y el bienestar humano, en la región mediterránea. El objetivo del presente estudio es comparar la relación entre tres causas diferentes de mortalidad (es decir, cardiológica, respiratoria y cardiorrespiratoria) y la temperatura entre dos países (España y Grecia) y cinco ciudades (es decir, Madrid, Barcelona, Valencia, Ática y Tesalónica). Para comparar las cinco ciudades en cuestión, se aplicó un marco metodológico estadístico robusto (es decir, Análisis de Regresión por Umbral (TRA)) para examinar el valor crítico por encima del cual la temperatura media afecta la mortalidad cardiológica, respiratoria y cardiorrespiratoria. Nuestros resultados demuestran que la relación entre la mortalidad y la temperatura es una relación no lineal que forma una curva en forma de U o J, lo que significa que la mortalidad se ve afectada por la temperatura de manera no constante, indicando que la mortalidad aumenta tanto a temperaturas bajas como altas. Al calcular diferentes umbrales de temperatura para las cinco ciudades en cuestión, mostramos que diferentes umbrales de temperatura son más precisos para diferentes condiciones climáticas. Por lo tanto, las condiciones climáticas deben tenerse en cuenta al examinar los impactos de la temperatura en la salud humana.