Ett amerikanskt forskarlag fann att prognostiserade förändringar i klimatet år 2070 skulle inträffa för snabbt för gräsarter att anpassa sig till de nya förhållandena.
De arter som står inför en osäker framtid är vete, majs, ris och sorghum, som ger nästan hälften av de kalorier som människor konsumerar.
Resultaten finns i Royal Society Biology Letter journal.
Inte bara gräsfamiljen (Poaceae) med mer än 11.000 arter utgör stapeln i människors kost över hela världen, naturliga gräsmarker täcker ungefär en fjärdedel av planetens landområde och utgör ett hem för en rik mångfald av beroende flora och fauna.
Teamet från University of Arizona, USA, konstaterade: "Så om klimatförändringarna har en stark negativ inverkan på gräset kan det få betydande konsekvenser både för den globala biologiska mångfalden och för människor."
För att få en inblick i de förväntade klimatförändringarnas inverkan på världens gräs, uppskattade de nischförändringarna i ett representativt urval av 236 gräsarter och jämförde dessa med de förväntade klimatförändringarna fram till 2070.
"En klimat nisch är i grunden temperaturen och nederbördsförhållanden där en art förekommer", förklarade medförfattare John Wiens från universitetets Institutionen för ekologi och evolutionsbiologi.
"Vad som är viktigt med det är att om man tänker på en art som bor på en plats och den bara kan överleva under en begränsad uppsättning villkor då, när klimatet förändras, måste den antingen ändra sin klimat nisch eller så kommer den att dö ut lokalt."
Han sade till BBC News: "Med andra ord måste den antingen anpassa sig till dessa nya förhållanden eller så kommer den inte att kunna överleva där längre."
Teamet undersökte hur snabbt gräsartens klimat nischer kunde förändras, baserat på de hade förändrats i det förflutna.
"Vad vi fann var att de inte ändrar så mycket - några grader Celsius under en miljon år. Det är bara små förändringar över långa tid skalor," Dr Wiens observerade.
"På vissa sätt är det den viktigaste delen av historien; dessa klimatnischer verkar i allmänhet förändras relativt lite och relativt långsamt.
"Sedan tittade vi på framtida klimatprognoser för en rad orter, och vi frågade hur mycket de skulle förändras."
Teamet fann att skillnaden mellan förändringstakten i studiens gräsarters klimat nisch och prognostiserade förändringar i en plats klimat var ofta "20 000-faldig".
– Resultaten är likartade för alla grupper så att de kan tillämpas både på vilda arter och på de odlade. Det finns inte en chans att odlade arter på något sätt är undantagna från våra upptäckter, tillägger dr Wiens.
Dessa upptäckter ger en dyster syn; uppenbarligen krossar de hoppet om att växtarter skulle kunna klara av en värmande värld.
Studien visar inte att arter är globalt utdöda, utan belyser snarare hur förhållandena förväntas förändras på ett sätt som ligger bortom artens klimat nisch, därför är det troligt att arter försvinner från den platsen.
Men detta får konsekvenser för jordbrukare som odlar livsmedelsgrödor.
"För människor som lever i delar av världen som kanske inte har [tekniken], som i utvecklingsländerna där växtproduktionen är mycket mer beroende av klimatet, spelar det ingen roll om arten dör ut eftersom den kommer att växa någon annanstans.
"Vad som spelar roll är att om dina grödor dör ut eller minskar."
Även om studien inte titta på frågan om livsmedelstrygghet, Dr Wiens sade att det fanns en hel del lovande forskning pågår i form av att identifiera möjligheter att utveckla "klimatsäkra" matgrödor för framtida generationer.
"Det som har visats är dock att människor fortsätter med business-as-usual, det kommer att bli allvarliga problem."
"En av de saker som skulle hjälpa oss att lindra detta problem är vilda släktingar eftersom vi vet att de arter vi har domesticerat har en minskad genetisk variation. Den genetiska variationen, som finns hos de vilda släktingarna, är precis vad man vill att de ska kunna anpassa sig till olika förhållanden."
Men Dr Wiens betonade: "Vi kan se till våra matgrödors vilda släktingar, men problemet är att de kommer att bli mycket hotade av klimatförändringarna också."
Följ Mark på Twitter.
I en studie har man belyst den risk som den förväntade klimatförändringen innebär för världens förmåga att odla tillräckligt med mat.