O algodoeiro trata-se de uma cultura difundida no Brasil e possui adaptabilidade aos ambientes com restrição hídrica, nesta perspectiva o estudo objetivou avaliar os mecanismos de resistência de diferentes genótipos de algodoeiro ao déficit hídrico através de descritores fisiológicos e bioquímicos relacionados ao ajustamento osmótico vegetal. O experimento foi desenvolvido em casa de vegetação com esquema fatorial 6 x 2, correspondendo a seis genótipos (BRS 368 RF, BRS Seridó, CNPA 5M, BRS 286, BRS Aroeira e BRS 7MH) e dois manejos hídricos (sem e com déficit hídrico), em delineamento inteiramente casualizado, com 3 repetições. Após 14 sob os tratamentos hídricos, folhas de cada genótipo foram analisadas quanto ao potencial hídrico, açúcares totais, aminoácidos totais e prolina. Os genótipos de algodoeiro BRS Seridó, CNPA 5M, BRS Aroeira e BRS 7MH apresentaram aumentos nos seus potenciais hídricos, comparados aos demais genótipos. Os aumentos de aminoácidos totais e prolina contribuíram de forma mais efetiva para o ajustamento osmótico dos genótipos BRS Seridó e BRS 7MH, em condições de déficit hídrico. O genótipo CNPA 5M aumentou seus níveis açúcares totais e aminoácidos totais para mitigar os efeitos osmóticos do déficit hídrico. Já o genótipo BRS Aroeira utiliza-se de açúcares totais e prolina para o ajustamento osmótico nas condições de estresse do presente estudo.