A seca é capaz de limitar o desenvolvimento do tomateiro. Assim, o estudo das respostas fisiológicas da cultura quando submetida a esta condição extrema auxilia no melhoramento genético. O objetivo do estudo foi analisar os parâmetros genéticos de caracteres fisiológicos relacionados com a resposta à seca, visando obter progênies F2 com potencial para a obtenção de cultivares de polinização aberta. Foram realizadas hibridações entre dois acessos pertencentes ao Banco Ativo de Germoplasma do campus e um híbrido comercial. Foram estimados o teor de clorofila, a concentração de prolina e o teor relativo de água nas folhas de cada planta submetida à deficiência hídrica por um período de 20 dias (até atingir 25% da capacidade de campo). A partir desses dados, para cada variável foram estimados os parâmetros genéticos nas gerações F2 obtidas. Todos os caracteres apresentaram herdabilidade no sentido amplo abaixo de 20% no cruzamento 1 e moderados a altos (> 20%) no Cruzamento 2, com destaque para a concentração de prolina, que foi a única variável que apresentou índices elevados de herdabilidade no sentido restrito. Os dados indicaram baixa influência da ação aditiva, com os valores de variância aditiva inferiores aos de dominância para todos os caracteres. Além disso, a variância ambiental foi superior à variância genética, não sendo recomendada a seleção precoce de plantas tolerantes a seca a partir desses caracteres na geração estudada.