O efeito da temperatura ambiente na mortalidade varia entre locais e populações sugerindo a presença de modificadores de efeito dessa associação. O objetivo deste estudo foi analisar a influência de fatores geográficos, urbanos e socioeconômicos no efeito da temperatura ambiente na mortalidade não acidental da população geral e idosa das regiões metropolitanas brasileiras, e a associada às mortalidades circulatória, respiratória e outras causas dos idosos. Os efeitos dessa associação foram estimados para cada grupo nos 42 locais via modelo aditivo generalizado combinado ao modelo não linear de lag distribuído. A seguir foi realizada uma metanálise para estimar os efeitos a nível Brasil e suas regiões. A influência dos modificadores de efeito foi determinada via metarregressão. Os riscos relativos estimados da associação temperatura-mortalidade variaram entre os locais do território brasileiro. Os efeitos do calor na mortalidade não acidental a nível nacional para o grupo Geral e Idoso foram de 1,09 (IC95%: 1,04-1,15) e 1,13 (IC95%: 1,07-1,20), e os do frio foram de 1,26 (IC95%: 1,21-1,32) e 1,30 (IC95%: 1,24-1,36), respectivamente. Observa-se um maior efeito do frio do que do calor em ambos os grupos. Para todas as causas de óbito, os efeitos do calor e do frio foram maiores nas regiões Sudeste e Sul do Brasil. O fator que melhor explicou a heterogeneidade entre os locais foi a amplitude da temperatura média, seguido de latitude, renda e educação. Assim, a implementação de medidas adaptativas para reduzir os efeitos da temperatura ambiente na mortalidade depende do perfil de cada local.