Hoy en día, la sequía es uno de los principales factores abióticos que afecta negativamente al crecimiento y desarrollo de varias especies de árboles frutales, incluidas las plantas de nogal chino (Sarg.). La presente investigación se realizó para estudiar los posibles efectos positivos de la melatonina en la resistencia a la sequía de las plantas junto con los mecanismos asociados. Se observó que el pretratamiento con melatonina aplicado antes de la disponibilidad limitada de agua contrastaba significativamente los efectos negativos promovidos por la sequía en términos de crecimiento de las plantas y respuestas fisiológicas. Se observó una mejora significativa en parámetros biológicos clave como el contenido relativo de agua, la tasa neta de fotosíntesis, la conductancia estomática, la tasa de transpiración, la eficiencia fotosintética máxima del fotosistema II (PSII) y la tasa de transporte de electrones de PSII. El aparato antioxidante también fue estimulado por la melatonina y se observaron actividades mejoradas de superóxido dismutasa (SOD), catalasa (CAT) y ascorbato peroxidasa (APX) junto con una mayor acumulación de prolina. Los estudios de expresión génica revelaron que la melatonina promovió la sobreexpresión de los genes en un (70.7%), (32.7%) y (66.5%). Como consecuencia, la acumulación de productos secundarios del malondialdehído y los síntomas foliares se redujeron en las plantas tratadas con melatonina. Todas estas observaciones ofrecen evidencia clara de que el pretratamiento con melatonina mejora el rendimiento de las plantas de nogal chino contra el estrés por sequía.