El girasol es sensible a la sequía, y además, los híbridos de girasol muestran una diversidad citoplasmática limitada. Además, las fuentes citoplasmáticas silvestres del girasol no están bien exploradas en cuanto a su potencial para introducir tolerancia a la sequía en híbridos recién desarrollados. Por lo tanto, aquí llevamos a cabo un estudio genético basado en Line x Tester utilizando 19 genotipos de girasol que representan 13 líneas macho estériles citoplasmáticas (CMS) de fuentes silvestres y convencionales, 2 líneas mantenedoras y 4 líneas restauradoras. Las líneas CMS y mantenedoras se cruzaron con líneas restauradoras para desarrollar sesenta híbridos F1. Los padres y sus híbridos fueron evaluados bajo dos regímenes de agua, riego normal y estrés por sequía (es decir, retención de agua). Un total de doce descriptores importantes de la planta fueron estudiados durante un período de dos años y las diferencias significativas entre padres e híbridos se informan aquí. Más específicamente, las líneas híbridas tenían valores promedio más altos para todos los descriptores. La contribución del padre femenino fue más prominente en la expresión de rasgos en los híbridos en comparación con los padres masculinos. Las fuentes CMS variaron significativamente en cuanto al rendimiento de semilla por planta y otros rasgos fisiológicos. El contenido de prolina en las hojas de todos los genotipos fue tres veces mayor en el régimen de estrés hídrico. La Accesión CMS-PKU-2A fue identificada como la mejor combinadora general para el área foliar y el peso específico de la hoja, mientras que CMS-234A fue la mejor combinadora general para el rendimiento biológico y la eficiencia fotosintética en ambas condiciones. Las combinaciones cruzadas CMS-ARG-2A x RCR-8297, CMS-234A x P124R y CMS-38A x P124R resultaron significativas para el rendimiento biológico, el rendimiento de semilla y el contenido de aceite en ambos ambientes. En general, este estudio proporciona información útil sobre los efectos citoplasmáticos en rasgos importantes del girasol y la tolerancia al estrés por sequía.