La industria alimentaria produce cantidades sustanciales de desechos, lo que puede causar muchos problemas ambientales. Sin embargo, dichos desechos también son una fuente valiosa de sustancias bioactivas que pueden ser utilizadas tanto por la industria alimentaria como por otros tipos de industrias, en la producción de medicamentos, nutracéuticos, cosméticos, etc. El presente estudio propone un enfoque novedoso para extraer compuestos bioactivos de los desechos de cáscara de naranja utilizando disolventes eutécticos hidrofóbicos sintetizados con timol y ácidos grasos (ácido hexanoico y ácido octanoico). Se empleó una metodología de superficie de respuesta para optimizar las condiciones de extracción y lograr la máxima recuperación de carotenoides. El disolvente eutéctico hidrofóbico óptimo consistió en timol y ácido hexanoico en una relación molar de 2:1, y la extracción óptima se logró utilizando una relación disolvente-sólido de 12:1 y una temperatura de 20 grados C durante 78 minutos; esto resultó en una recuperación de 259.45 g de carotenoides totales por g de materia seca, lo que representa una recuperación significativamente mayor en comparación con disolventes orgánicos comunes. Con base en lo anterior, se demuestra que los disolventes eutécticos hidrofóbicos son un disolvente prometedor que puede ser utilizado para extraer compuestos bioactivos de los desechos de cáscara de naranja.