Los modificadores de estrés son reconocidos como biostimulantes que proporcionan efectos beneficiosos en diversas especies de plantas. Sin embargo, el potencial específico de moduladores como la melatonina, el quitosano, el ácido húmico y el selenio para mejorar la resistencia de las plantas de ajwain a la escasez de agua sigue siendo una cuestión abierta. Para abordar esta brecha de conocimiento, realizamos un experimento factorial diseñado en bloques aleatorios durante dos años (2022-2023) para comparar la efectividad de estos biostimulantes en mitigar el impacto de la escasez de agua en las plantas de ajwain. Este estudio involucró tres regímenes de riego: 100% de capacidad de agua en el suelo (FC100%-sin estrés), 75% de déficit de riego (FC75%-moderado) y 50% de déficit de riego (FC50%-severo), y cuatro tratamientos modificadores (melatonina, quitosano, ácido húmico, selenio), además de controles no tratados. Se estudiaron el crecimiento de las plantas, los rendimientos de semillas, la producción de aceite esencial, así como rasgos eco-fisiológicos para evaluar la eficacia de estos compuestos como moduladores de estrés. Los regímenes de agua y las aplicaciones de modificadores de estrés, ya sea como un solo factor o en sinergia, afectaron significativamente la fisiología de las plantas y el rendimiento de semillas, destacando la importancia de la sostenibilidad en las prácticas agrícolas. En comparación con FC100%, el rendimiento biológico y de semillas, la clorofila y el contenido de nutrientes disminuyeron bajo FC75% y FC50%, mientras que la producción de aceite esencial, la prolina, los azúcares solubles, los flavonoides, los fenoles y la actividad enzimática antioxidante aumentaron. Notablemente, independientemente del tipo de modulador utilizado, la aplicación de estos modificadores mejoró todos los atributos fisiológicos bajo déficits de riego moderados y severos. Entre los compuestos involucrados, la melatonina indujo los efectos más pronunciados, llevando a un mayor rendimiento biológico y de semillas, producción de aceite esencial y fijo, contenido relativo de agua en las hojas, concentración de clorofila y nutrientes, y actividad antioxidante. Nuestros resultados demuestran que tales compuestos funcionan eficazmente como moduladores de estrés contra la escasez de agua en las plantas de ajwain al preservar rasgos eco-fisiológicos específicos y promover el ahorro de agua. Estos hallazgos proporcionan valiosos conocimientos sobre su uso como una solución basada en la naturaleza para abordar el estrés hídrico en la agricultura sostenible y los desafíos del cambio climático.