El estrés por sequía afecta muchos aspectos de la bioquímica de las plantas, siendo la fotosíntesis uno de los procesos fisiológicos más significativamente afectados. La melatonina es un antioxidante natural con propiedades reguladoras del crecimiento en las plantas. Sus diversas funciones fisiológicas han sido ampliamente estudiadas en las últimas décadas. Se investigaron los cambios en el intercambio de gases foliares y los parámetros de fluorescencia de clorofila en plantas jóvenes de trigo (L.) cv. Fermer y cv. Gines, que se caracterizaron por diferir en sus respuestas a la sequía, siendo cv. Gines más tolerante que cv. Fermer. Las plantas fueron sometidas a sequía durante cinco días al retener su suministro de agua. La melatonina se aplicó como un suplemento radicular al agua de riego antes o después del período de sequía. Se realizaron análisis antes y al final del período de estrés, así como durante la fase de recuperación. Se registraron cambios en el contenido de pigmentos foliares, la tasa fotosintética, la conductancia estomática y la transpiración, así como algunos parámetros de fluorescencia de clorofila. La melatonina por sí sola no causó cambios considerables en los rasgos medidos. Encontramos una disminución significativa en los parámetros de intercambio de gases foliares, los valores F/F y F/F, y los pigmentos foliares debido a la sequía, especialmente en cv. Fermer. Los datos muestran que la aplicación de melatonina influyó favorablemente en la eficiencia del aparato fotosintético bajo la privación de agua y durante la recuperación de la planta. El tratamiento previo con melatonina mantuvo los parámetros relacionados con la fotosíntesis más cerca de los niveles de control durante el período de estrés. Ambos tratamientos con melatonina apoyaron la recuperación de la fotosíntesis cuando se restauró el suministro de agua y el tratamiento posterior a la sequía mostró un efecto similar pero más débil que el tratamiento previo a la sequía.