O estresse térmico por calor aumenta a produção de radicais livres, o que contribui para diminuição da qualidade dos oócitos e dos embriões. Assim, a adição de antioxidantes, como a melatonina, ao meio de maturação in vitro (MIV), tem o potencial de reduzir os prejuízos causados pela alta temperatura. O objetivo foi avaliar os efeitos da adição de melatonina ao meio MIV de oócitos bovinos submetidos ao choque térmico sobre as taxas de produção e qualidade de blastocistos. Os oócitos utilizados, para a produção in vitro de embriões, foram provenientes de ovários de abatedouros e maturados sob choque térmico (12h a 41,0 oC seguido por 12h a 38,5 oC) em meio MIV sem melatonina (0 M) ou acrescido de melatonina nas concentrações 10-12 ;10-9; 10-6 e 10-3 M. No controle positivo (não-estresse), os oócitos foram maturados na ausência de melatonina sob condição convencional (24h a 38,5 oC). No controle DMSO, os oócitos foram maturados em meio contendo 0,46% de DMSO (mesma concentração presente no tratamento 10-3 M), sob choque térmico. Foi utilizado o delineamento em blocos ao acaso, sendo os blocos constituídos pelos dias de coleta de ovários. Os tratamentos 10-3, 10-6 e 10-9 M de melatonina e o controle não estresse não diferiram (P>0,05) e resultaram em maior proporção (P<0,05) de embriões com oito ou mais células, no dia 3 de cultivo (D3), em comparação aos tratamentos 10-12 e 0 M. A proporção de embriões com oito ou mais células no D3 foi maior (P<0,05) no grupo controle DMSO quando comparado com os grupos 10-9, 10-12 e 0 M. A produção de blastocistos, nos dias 7 (D7) e 8 (D8), bem como o número total de células, a proporção de células apoptóticas, em relação ao total de células e a proporção de células apoptóticas na massa celular interna (MCI) não foram influenciados (P>0,05) pela adição de melatonina ou de DMSO ao meio MIV, assim como não foram influenciados pelo choque térmico (0 M vs controle não estresse). O tratamento 10-6 M resultou em maior proporção (P<0,05) de células da MCI, em relação ao total de células, quando comparado aos tratamentos 10-9, 10-12, 0 M e DMSO, mas não diferiu (P>0,05) dos tratamentos 10-3 M e controle não estresse. Por meio de análise de regressão logística, observou-se que a proporção de embriões com oito ou mais células no D3 aumentou, em função da concentração de melatonina (P<0,05) e que a proporção de células da MCI aumentou, a partir da concentração 10-9 M, atingindo o máximo na concentração 10-4 M, seguido por redução até 10-3 M. Conclui-se que a adição de melatonina até 10-3 M ao meio MIV de oócitos sob choque térmico estimulou o desenvolvimento embrionário ao estádio de 16 células e que a proporção de células da MCI foi aumentada pela adição de melatonina na concentração 10-4 M ao meio MIV.