O objetivo deste estudo foi verificar os efeitos da suplementação dietária de butirato de sódio na forma protegida e desprotegida, em duas concentrações diferentes de inclusão, assim como o possível efeito sinérgico do butirato com o óleo essencial de Lippia origanoides, em juvenis de tilápia-do-Nilo, Oreochromis niloticus. No primeiro ensaio, 3150 pós-larvas (0.0183±0.0014 g) recém eclodidas foram distribuídas aleatoriamente em seis tratamentos e um controle, em triplicata: ração sem suplementação (Controle); ração com Na-butirato puro (Puro 0,25% e Puro 0,5%), ração com Na-butirato protegido com óleo de palma (Óleo 0,25% e Óleo 0,5%) e alimentados com Na-butirato protegido com solução tampão (Tampão 0,25% e Tampão 0,5%). Após 28 dias de alimentação, a produtividade e biomassa final apresentaram incremento significativo nos peixes alimentados com as dietas Tampão 0,5% e Óleo 0,5%. Observou-se diminuição da atividade da protease alcalina nos grupos Óleo 0,25%, Óleo 0,5% e Tampão 0,5%, quando comparado ao grupo controle. Os grupos suplementados com Na-butirato protegido apresentaram melhorias na estrutura e saúde intestinal. Com relação ao fígado, o grupo Puro 0,5% apresentou os maiores índices de macroesteatose quando comparado ao grupo controle, além de maior índice para necrose quando comparado ao grupo Puro 0,25%. Para as variáveis de alteração da microbiota intestinal, o grupo Óleo 0,5% apresentou maior quantidade de “Operational Taxonomic Unit” (OTUs) de 207, enquanto observou-se menor quantidade no controle que foi de 44. O grupo Óleo 0,5% apresentou índices superiores de abundância, riqueza e diversidade quando comparado aos demais grupos, além de apresentar maior distanciamento filogenético, principalmente em comparação ao grupo controle. Além disso, verificou-se aumento das Firmicutes no grupo Óleo 0,5%, representado principalmente por bactérias da ordem Lactobacillales. No segundo ensaio, um total de 120 peixes (5,38±0,65 g) foram distribuídos em 12 unidades experimentais e alimentados com diferentes dietas experimentais, durante 30 dias: dieta comercial sem suplementação (C); suplementada com 0,5% de Na-butirato protegido (B); suplementada com 0,125% de L. origanoides (L); e suplementada com mistura de 0,5% de Na-butirato e 0,125% de L. origanoides (BL). Após o período experimental, verificou-se redução na concentração de bactérias heterotróficas totais no intestino dos animais do grupo B, em relação ao grupo C, além do aumento de bactérias ácido-láticas no grupo B, quando comparado aos demais grupos. Observou-se aumento significativo no número de eritrócitos totais no grupo L em relação aos grupos C e BL, além da redução da hemoglobina corpuscular média, quando comparada ao controle. Os animais do grupo BL apresentaram aumento no número de vilos intestinais em relação ao grupo controle. Observou-se no grupo BL a redução de infiltrados linfocitários no fígado, quando comparado ao grupo controle; enquanto que o grupo B apresentou aumento de macroesteatose no fígado e diminuição de melanomacrófagos soltos no baço, quando comparado ao grupo controle. Dessa forma, o butirato de sódio na forma protegida e na concentração de 0,5% de inclusão na dieta, foi capaz de incrementar o desempenho zootécnico dos animais, beneficiar a estrutura, saúde e microbiota intestinal, além de apresentar efeito sinérgico quando utilizado em conjunto com o óleo essencial de L. origanoides.