La concentración de CO atmosférico elevada ([CO]) disminuye la concentración de nitrógeno (N) en las plantas mientras aumenta la eficiencia en el uso del agua (WUE); la fertirrigación aumenta la nutrición de los cultivos y la WUE en los cultivos; sin embargo, los efectos interactivos de [CO] junto con dos niveles de fertirrigación de N durante la irrigación por déficit sobre el intercambio de gases de las plantas, la morfología de las raíces y la WUE siguen siendo en gran medida elusivos. El objetivo de este estudio fue explorar las respuestas fisiológicas y de crecimiento de las plantas de tomate expuestas a [CO] ambiental ([CO], 400 ppm) y [CO] (800 ppm) bajo dos regímenes de fertirrigación de N: (1) irrigación completa durante la fertirrigación de N (FIN); (2) irrigación por déficit durante la fertirrigación de N (DIN) bajo dos niveles de fertilizante de N (N reducido (N1, 0.5 g por maceta) y N adecuado (N2, 1.0 g por maceta). Los resultados indicaron que [CO] asociado con el régimen DIN indujo un menor uso de agua de las plantas N2 (7.28 L por planta), mantuvo el potencial hídrico de las hojas (-5.07 MPa) y la conductividad hidráulica (0.49 mol m s MPa), un mayor crecimiento del tomate en términos de área foliar (7152.75 cm), área foliar específica (223.61 cm g), materia seca del tallo y total (19.54 g y 55.48 g). La longitud específica de las raíces y el área superficial específica de las raíces aumentaron bajo la fertilización N1, y la densidad del tejido radicular se promovió en ambos ambientes de [CO] y DIN. Además, se obtuvo un estoma foliar más pequeño y denso (4.96 um y 5.37 mm) de la planta N1 en [CO] integrado con la estrategia DIN. Mientras tanto, esta combinación reduciría simultáneamente la conductancia estomática (0.13 mol m s) y la tasa de transpiración (1.91 mmol m s), mejoraría la concentración de ABA en las hojas (133.05 ng g FW), contribuyendo a una mejora en la WUE desde la escala estomática hasta la escala de toda la planta bajo cada nivel de N, especialmente para la aplicación de la fertilización N1 (125.95 umol mol, 8.41 umol mmol y 7.15 g L). Estos hallazgos proporcionan información valiosa para optimizar la gestión del agua y del fertilizante de nitrógeno y mejorar la eficiencia en el uso del agua de las plantas, respondiendo al potencial escenario limitado de recursos y enriquecido en CO.