A Tithonia diversifolia (Hemsl.) A. Gray, também conhecida como girassol mexicano, é um arbusto da família Asteraceae, originaria da América Central e amplamente distribuída nas regiões tropicais. Devido ao alto valor nutritivo, elevada produção de biomassa, baixa demanda de insumos e tolerância a solos ácidos é passível de cultivo para a utilização na alimentação animal. Avaliou-se a influência da idade de rebrotação sobre as trocas gasosas, crescimento, e composição bromatológica em plantas de T. diversifolia. O experimento foi implantado a campo em delineamento inteiramente casualizado com quatro repetições e dez idades de rebrotação, aos 21, 28, 35, 42, 49, 56, 63, 70, 77 e 84 dias. As plantas foram avaliadas e coletadas em intervalos regulares de sete dias, iniciando aos 21 dias após o corte de uniformização. A taxa fotossintética e condutância estomática apresentaram comportamento quadrático ao longo das idades de rebrotação, com valores relativamente baixos no início do crescimento, com valores máximos observados aos 39 e 51 dias de rebrotação, respectivamente. A eficiência no uso da água foi maior aos 45 dias após o corte de uniformização. A transpiração reduziu em função da idade da planta. Plantas de T. diversifolia apresentaram maior índice de área foliar e menor razão de área foliar, taxa de assimilação líquida e taxa de crescimento relativo com aumento da idade de rebrotação. A produtividade seguiu tendência logística, com valores superiores a 20 t ha-1 MS, enquanto a relação folha/caule decresceu até os 74,6 dias de rebrota. A idade de rebrotação favoreceu o aumento da FDN e FDA, e o declínio da PB, resultados decorrentes da redução da relação folha/caule e lignificação dos caules. A produção máxima de proteína bruta foi de 1,89 t ha-1. O aumento da idade de rebrotação promove alterações significativas das trocas gasosas e na capacidade fotossintética da T. diversifolia, bem como na taxa de crescimento. Sugere-se colheita da forragem entre 49 e 63 dias de rebrotação, período de elevada produção de massa seca e valor nutritivo que pode atender às necessidades básicas dos ruminantes.