La melatonina (MT) puede mejorar la tolerancia al estrés en las plantas al activar el sistema de defensa interno, pero su aplicación en los árboles de caucho apenas ha sido reportada hasta ahora. En este estudio, encontramos que la conductividad eléctrica relativa (REC), el HO y los contenidos de malondialdehído (MDA) eran significativamente más altos en las hojas de plántulas de árbol de caucho bajo estrés por sequía en comparación con el control (tratamiento con agua), mientras que los contenidos de clorofila eran evidentemente más bajos en las hojas bajo estrés por sequía en comparación con el control. La MT alivia parcialmente los efectos adversos inducidos por la sequía mencionados anteriormente al reducir drásticamente la degradación de la clorofila, la acumulación de HO, el contenido de MDA y la REC. Los transcriptomas comparativos entre los tratamientos de PEG (P), MT (M) y PEG + MT (PM) en comparación con el control mostraron que 213, 896 y 944 genes se expresaron de manera diferente en las plántulas de árbol de caucho tratadas con M, P y PM en contraste con el control. Entre los 64 genes expresados de manera diferente (DEGs) que eran comunes entre las tres comparaciones, los perfiles de expresión de 25 eran opuestos en MH en comparación con PH. Curiosamente, todas las rutas de KEGG de los DEGs mencionados anteriormente pertenecían al metabolismo, incluyendo el metabolismo energético, el metabolismo de carbohidratos, el metabolismo de aminoácidos y el metabolismo de cofactores y vitaminas. La aplicación exógena de MT reguló principalmente los genes asociados con la fotosíntesis y el sistema de defensa antioxidante, mejorando así la protección antioxidante de las plántulas de árbol de caucho bajo estrés por sequía. Estos resultados sugieren que la aplicación exógena de melatonina puede mejorar efectivamente la tolerancia a la sequía al aumentar la eliminación de ROS para disminuir la acumulación de HO en las plántulas de árbol de caucho. Nuestros resultados elucidan los mecanismos moleculares de los roles de la MT en el estrés por sequía, lo que ayuda a emplear MT exógeno para aumentar la tolerancia a la sequía en el árbol de caucho.