Esse estudo teve por objetivo avaliar o desempenho produtivo, características morfológicas e centesimais, histologia do intestino, músculo e fígado, hematologia, bioquímica e atividade enzimática de tilápias do Nilo (Oreochromis niloticus) suplementadas com L-carnitina. Para isso, foram utilizadas 144 tilápias com peso médio de 27,76 ± 1,31g, distribuídas ao acaso em três tratamentos, constituídos por três níveis de L-carnitina (500, 1000 e 2000 mg Kg-1 de ração) e um grupo controle. Os peixes foram distribuídos em 12 tanques de 0,45m3, adaptados à um sistema de recirculação, com temperatura controlada e aeração constante. As dietas experimentais foram calculadas para serem isoenergéticas (3200 kcal kg-1 ED) e isoprotéicas (28% PD). Durante o período experimental de 105 dias os peixes foram alimentados quatro vezes ao dia e, ao final do experimento tiveram suas variáveis de desempenho: ganho em peso (GP), ganho em peso diário (GPD), conversão alimentar aparente (CAA), taxa de crescimento específico (TCE), taxa de eficiência proteica (TEP), taxa de retenção proteica (TRP), taxa de retenção energética (TRE), rendimento de filé (RF) e sobrevivência (SO). Morfológicas: índices hepatossomático (IHS) e índice de gordura-víscero-somática (IGVS). Centesimais: umidade, proteína, lipídios e cinzas. Histológicas: intestino, músculo e fígado. Hematológicas, bioquímicas e enzimáticas. Aplicou-se ANOVA para se avaliar o melhor nível de inclusão dos micronutrientes e quando significativas, as médias foram comparados pelo teste de Tukey (P<0,05). Peixes suplementados com 500 mg Kg-1 de L-carnitina apresentaram aumento do GP, GPD, TCE, RF e menor custo da ração por quilo de peixe produzido, além disso, também apresentou aumento do IHS, IGHS, lipídios do filé, triglicerídeos, número de hepatócitos e maior atividade da enzima catalase (CAT). Todos os níveis de suplementação reduziram as microvilosidades dos peixes, porém não afetaram o número de fibras musculares. Assim, conclui-se que a suplementação de L-carnitina 500 mg Kg-1 de ração L-carnitina melhora o desempenho e as funções metabólicas de tilápias.