The objective of this study was to evaluate physiological and thermal aspects of sugarcane, in North and South oriented lines, in ‘canafístula’ understory under two plant arrangements in an agroforestry system. The experimental design was a completely randomized block in a 2x2x6 factorial, with two agroforestry systems (strip and line), two evaluation lines (North and South) and at six times a day (9am, 10am, 12pm, 2pm, 3pm and 4pm) with three repetitions. The evaluated characteristics were: incident photosynthetically active radiation (RFA), leaf temperature (TF), resistance to vapor diffusion (RS) and transpiration (E) using a digital porometer LI-1600 LI-COR. Analysis of variance revealed differences for the interaction of agroforestry system x evaluation line x time, for all variables. The physiological and thermal characteristics of sugarcane are influenced by plant arrangement, agroforestry system and the local evaluation within the system. The strip system lead to a higher available amount of RFA in its understory, which reflects in increased RS values and reduced E of sugarcane. The South line presented higher E for sugarcane in the morning period in strip system and lower during the afternoon for the line system, due to higher TF values.O objetivo deste trabalho foi avaliar aspectos fisiológicos e térmicos da cana-de-açúcar, em linhas orientadas ao Norte e Sul, no sub-bosque de canafístula em dois arranjos de plantas em sistema agroflorestal. O delineamento experimental utilizado foi de blocos completos casualizados, em esquema fatorial 2x2x6, ou seja, dois sistemas agroflorestais (faixa e linha), duas linhas de avaliação (Norte e Sul) e seis horários do dia (9, 10, 12, 14, 15 e 16 h), com três repetições. As características avaliadas foram: radiação fotossinteticamente ativa (RFA) incidente, temperatura da folha (TF), resistência à difusão de vapor (RS) e transpiração (E), com uso de um porômetro digital LI-1600 LI-COR. A análise de variância revelou diferença na interação Sistema agroflorestal x Linha de avaliação x Hora do dia, para todas as variáveis analisadas. As características fisiológicas e térmicas da cana-de-açúcar são influenciadas pelo arranjo de plantas do sistema agroflorestal e pelo local de avaliação dentro do sistema. O sistema faixa, de modo geral, apresenta maior quantidade de RFA disponível em seu sub-bosque, o que reflete em aumento dos valores de RS e redução da E da cana-de-açúcar. A linha Sul apresenta maior E da cana-de-açúcar pela manhã no sistema faixa e menor a tarde no sistema linha, devido aos maiores valores de TF.