O filo Labyrinthulomycota está classificado no Reino Straminipila e é composto por três grupos distintos de organismos denominados “fungi-like”, os labirintulídeos, as traustoquitrídias e as aplanoquitrídias. Estes organismos, em sua maioria produtores de zoósporos, estão presentes em águas marinhas e salobras, onde atuam como sapróbios e/ou parasitas. Nos últimos anos tem havido um maior interesse no grupo devido à capacidade, de muitas de suas espécies, em produzir grandes quantidades de lipídios, destacando-se, dentre eles, os ácidos graxos poli-insaturados (PUFAs). No entanto, apesar da importância do grupo, apenas quatro espécies foram relatadas no Brasil nas décadas de 60 e 70. Assim, diante da importância ecológica e da potencialidade econômica destes organismos, bem como do escasso conhecimento da diversidade do grupo no país, o presente estudo teve por objetivos, realizar a identificação morfológica e molecular de espécimes coletados no Parque Estadual da Ilha do Cardoso (PEIC), importante fragmento preservado da Mata Atlântica do estado de São Paulo; e quantificar os diferentes ácidos graxos produzidos por alguns isolados brasileiros. De seis coletas realizadas, entre os anos de 2012 e 2015, 167 espécimes provenientes de amostras de água e folhedo foram identificados, por meio de análises das características morfológicas e/ou análise filogenética da região SSU do rDNA, como: Aurantiochytrium (111 espécimes), Labyrinthula (21 espécimes), Parietichytrium sarkarianum (31 espécimes) e Thraustochytrium (4 espécimes). Os gêneros Aurantiochytrium e Labyrinthula, bem como a espécie Parietichytrium sarkarianum são primeira citação para o Brasil, e cinco espécimes de Aurantiochytrium considerados espécie nova para a ciência. Alguns dos espécimes representativos de cada um dos gêneros/espécie foram descritos, preservados e documentados, com vinte deles incorporados no acervo do Instituto de Botânica de São Paulo (Coleção de Culturas de Algas, Fungos e Cianobactérias – CCIBt) e do Instituto Biológico de São Paulo (Micoteca Mário Barreto Figueiredo – MMBF). Vinte e seis sequências da região SSU do rDNA de isolados brasileiros provenientes deste estudo foram depositadas no GenBank. Dos táxons identificados, 25 deles foram analisados quanto ao perfil de produção de ácidos graxos (12 isolados de Aurantiochytrium sp., cinco de Aurantiochytrium sp. nov. e oito de P. sarkarianum), com 15 dias de cultivo a 25 ºC. Os resultados evidenciaram que os isolados brasileiros coletados no PEIC sintetizam quantidades significativas de ácido docosahexaenoico (DHA) e ácido palmítico (PA), chegando a 105,57 mg de DHA /g de biomassa e 56,89 mg de PA /g de biomassa. Os melhores produtores dos principais ácidos graxos, dois espécimes de Auratiochytrium sp., um de Auratiochytrium sp. nov. e dois de P. sarkarianum, foram submetidos à diferentes condições de cultivo, como menor tempo de crescimento (5 dias) e diferentes temperaturas finais de cultivo (10 ºC e 25 ºC). Os espécimes cultivados por cinco dias a 25 ºC apresentaram queda na produção (mg/g de biomassa) da maioria dos ácidos graxos, comparado a quantidade produzida com 15 dias de crescimento, exceto de DHA nos isolados IC97 de Auratiochytrium sp. nov. e IC12 de P. sarkarianum, e DHA e PA no isolado IC83 de P. sarkarianum. O teste com diferentes temperaturas finais de cultivo mostrou que os isolados apresentaram um aumento na produção de alguns dos ácidos graxos quando a temperatura final foi de 10 ºC, exceto o isolado IC83 de P. sarkarianum. Este estudo contribui para a ampliação do conhecimento do grupo no Brasil, para a inclusão de sequências de espécimes brasileiros no Genbank, para a obtenção e preservação de isolados em culturas puras para futuros estudos no país, bem como para o conhecimento do perfil de produção de ácidos graxos por representantes brasileiros de Labyrinthulomycota.