La melatonina (MT) se considera una molécula antiestrés que desempeña un papel constructivo en la aclimatación de las plantas a condiciones de estrés biótico y abiótico. En el presente estudio, evaluamos el impacto de la pulverización foliar de 10 y 100 uM de MT en el contenido de clorofila y la función del fotosistema II (PSII) bajo estrés hídrico moderado en plantas de orégano (L.). Nuestro objetivo fue elucidar el mecanismo molecular de acción de la MT en el proceso de transporte de electrones fotosintéticos. La pulverización foliar con 100 uM de MT fue más efectiva para mitigar el impacto negativo del estrés hídrico moderado en la función del PSII, en comparación con 10 uM de MT. La pulverización foliar de MT mejoró significativamente la eficiencia reducida del complejo que evoluciona oxígeno (OEC) y la fotoinhibición del PSII (F/F), que fueron causadas por el estrés hídrico. Bajo estrés hídrico moderado, la pulverización foliar con 100 uM de MT, en comparación con las hojas pulverizadas con agua (WA), aumentó el enfriamiento no fotocímico (NPQ) en un 31% a la irradiancia de crecimiento (GI, 205 umol fotones m^2 s), y en un 13% a una alta irradiancia (HI, 1000 umol fotones m^2 s). Sin embargo, el menor aumento de NPQ a HI demostró ser más efectivo para disminuir la producción de oxígeno excitado en singlete (O) a HI (-38%), en plantas de orégano estresadas por sequía pulverizadas con 100 uM de MT, que la disminución correspondiente en la producción de O a GI (-20%), ambas en comparación con las hojas pulverizadas con WA bajo estrés hídrico moderado. La reducción en la producción de O resultó en un aumento significativo en el rendimiento cuántico de la fotociencia del PSII (), y la tasa de transporte de electrones (ETR), en plantas estresadas por sequía moderada pulverizadas con 100 uM de MT, en comparación con plantas pulverizadas con WA, pero solo a HI (+27%). Nuestros resultados sugieren que la mejora de la funcionalidad del PSII, con 100 uM de MT bajo estrés hídrico moderado, fue iniciada por el mecanismo de NPQ, que disminuyó la producción de O y aumentó la fracción de centros de reacción del PSII abiertos (q), resultando en un aumento de la ETR.