El objetivo principal de este documento es proponer un método de dos pasos para la estimación de parámetros en modelos de efectos mixtos no lineales. Se obtiene una estimación de primer paso del vector de parámetros resolviendo ecuaciones de estimación, con una matriz de covarianza de trabajo como la matriz identidad. Se muestra que es consistente. Si, además, tenemos una matriz de covarianza estimada, , por , se puede obtener un estimador de segundo paso resolviendo las ecuaciones de estimación óptimas. Se muestra que mantiene la optimalidad asintótica. Establecemos la consistencia y la normalidad asintótica de los estimadores propuestos. Los resultados de simulación muestran la mejora sobre . Además, proporcionamos un método para estimar la varianza utilizando el método de momentos; también evaluamos el rendimiento empírico. Por último, se consideran tres ejemplos de datos reales.