Las limitaciones de recursos hídricos impulsadas por el cambio climático hacen que los tomates sufran de sequía. El uso de bioestimulantes ha surgido como un enfoque importante para mejorar la resiliencia a la sequía. Sin embargo, los roles de los bioestimulantes en las características fisicoquímicas de los tomates en respuesta a la sequía son poco comprendidos. En este estudio, evaluamos la capacidad de los hongos micorrízicos arbusculares (HMA) y el compost (en comparación con la aplicación de NPK) para mejorar la agro-fisiología, el rendimiento y la calidad de los frutos de las plantas de tomate y su tolerancia a la sequía, comparándolos con fertilizantes químicos convencionales (NPK). En condiciones de sequía, los rasgos de crecimiento de las plantas asociados con el rendimiento y los compuestos bioactivos de los frutos (carotenoides: 73%; licopeno: 53%; polifenoles: 310%; y flavonoides: 158%) aumentaron en el tratamiento de tomate con HMA. El compost mejoró significativamente los azúcares (aprox. 60%) y el contenido de proteínas (aprox. 20%). Además, los HMA protegieron el aparato fotosintético del estrés oxidativo inducido por la sequía, mejoraron la eficiencia fotosintética, el potencial hídrico de las hojas y los osmólitos, y redujeron la acumulación de malondialdehído (MDA) y peróxido de hidrógeno (HO) al aumentar las actividades de peroxidasa (POX) (140%) y oxidasa de polifenoles (PPO) (340%) en comparación con sus controles. Nuestros hallazgos revelaron que el NPK es un fertilizante importante basado en nutrientes para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Sin embargo, su eficiencia como fertilizante es bastante baja. Además, destacamos diferentes mecanismos mediados por HMA y compost, que inducen la tolerancia a la sequía en las plantas de tomate.