O ambiente marinho com sua grande biodiversidade, tem se mostrado uma excelente fonte de metabólitos secundários bioativos. Espécies da família Gorgoniidae, a qual pertence o octocoral Phyllogorgia dilatata, já demonstraram possuir substâncias com potencial antitumoral promissor. A gorgônia P. dilatata, encontrada no litoral brasileiro, não havia sido avaliada anteriormente quanto ao seu potencial antitumoral, apesar de já ter apresentado outras atividades biológicas. Neste trabalho foi realizado um estudo qualitativo da citotoxidez do extrato bruto e de frações semi-purificadas da P. dilatata, frente às linhagens de células tumorais HCT-116 (câncer colorretal) e MCF-7 (câncer de mama). Foram também realizados testes com abordagens quantitativas, apenas com células HCT-116, para obter o valor de IC50 das frações semi-purificadas ativas no teste anterior. O extrato bruto, apesar de não apresentar atividade no teste qualitativo, gerou frações hexânicas e metanólicas ativas. As frações hexânicas mais ativas, PDPH2-5 e PDPH2-7, na concentração de 50 μg/mL, apresentaram de 88,7 a 91,6% de inibição da proliferação celular, e valores de IC50 de 11,17 μg/mL e 8,80 μg/mL, respectivamente. Duas frações metanólicas menos complexas, PDPMe3F5-6 e PDPMeF3-4-3, em 50 μg/mL, apresentaram inibição de 88,2 a 100%, e valores de IC50 de 13,25 μg/mL e 21,20 μg/mL, respectivamente. A fração semi-purificada PDPMe3F5-6 foi ainda analisada por espectroscopia de RMN e IV que permitiu sugerir a presença da substância (E)-germacra-1(10),4(15),7(11)-trien-5-ol-8-ona (28) na amostra. A análise espectroscópica de outra fração metanólica (PDPMeF3-(3,5)-1) revelou a presença de um ftalato como substância majoritária, que pode ser proveniente de contaminação ou ter sido produzido pela própria espécie, como a literatura já sugeriu para outros organismos marinhos.