La contaminación por metales pesados (MH) amenaza la sostenibilidad ambiental, la seguridad alimentaria y la productividad agrícola en todo el mundo. La toxicidad de los MH afecta negativamente el crecimiento de las plantas, reduciendo las tasas de germinación entre un 20 y un 50%, perjudicando el establecimiento de plántulas e inhibiendo el desarrollo de brotes y raíces entre un 30 y un 60% en varios cultivos. Los MH interrumpen procesos fisiológicos clave, incluyendo la fotosíntesis, la regulación estomática, la integridad de la membrana, la absorción de nutrientes y las actividades antioxidantes enzimáticas y no enzimáticas. Estas interrupciones son en gran medida el resultado del estrés oxidativo, causado por la acumulación excesiva de especies reactivas de oxígeno, que dañan los componentes celulares. Para contrarrestar la toxicidad de los MH, las plantas despliegan una compleja red de defensa que involucra enzimas antioxidantes, quelación de metales por fitochelatinas y metalotioneínas, secuestro vacuolar e interacciones simbióticas con hongos micorrízicos arbusculares, que pueden retener entre un 40 y un 70% de metales en las raíces y reducir la translocación a los brotes. A nivel molecular, las vías de señalización MAPK (Proteína Quinasa Activada por Mitógenos), los factores de transcripción (por ejemplo, WRKY, MYB, bZIP y NAC) y la interacción hormonal de fitohormonas regulan la expresión de genes responsables de la respuesta al estrés para mejorar la tolerancia al estrés por MH. Los avances en nanotecnología ofrecen estrategias prometedoras para la remediación de suelos y fuentes de agua contaminados por MH; las nanopartículas ingenierizadas y biogénicas (por ejemplo, ZnO, FeO) mejoran la inmovilización de metales, reducen la biodisponibilidad y mejoran el crecimiento de las plantas entre un 15 y un 35% bajo estrés por MH, aunque dosis excesivas pueden inducir fitotoxicidad. Las futuras aplicaciones de la nanotecnología en la remediación de MH deberían considerar la transformación de nanopartículas (por ejemplo, disolución y aglomeración) y concentraciones ambientalmente relevantes para asegurar la eficacia y minimizar la fitotoxicidad. Integrar la fitoremediación con estrategias habilitadas por nanopartículas proporciona un enfoque sostenible para la remediación de MH. Esta revisión enfatiza la necesidad de un marco multidisciplinario que vincule la ciencia de las plantas, la biotecnología y la nanociencia para avanzar en la remediación de MH y salvaguardar la productividad agrícola.