Ocupações e atividades antropogênicas têm contribuído ao aumento do impacto ambiental e da degradação dos ecossistemas marinhos por poluentes químicos (e.g., xenobióticos orgânicos e derivados de petróleo) lançados diretamente ou transportados pelo escoamento de águas pluviais de áreas urbanas. neste trabalho avaliou-se in vitro o impacto na bioquímica e ultraestrutura da alga parda sargassum cymosum var. stenophyllum (martius) grunow da exposição aguda (30 min, 1 h, 12 h, e 24h) ao óleo diesel e gasolina nas concentrações de 0,001, 0,01, 0,1 e 1% (v/v). comparativamente ao controle, a exposição aos derivados de petróleo alterou o metabolismo de s. cymosum var. stenophyllum, considerando os teores de clorofilas a e c, carotenoides e compostos fenólicos. os conteúdos de clorofilas mostraram-se elevados em resposta aos tratamentos com óleo diesel, similar à gasolina nos tempos de 12h e 24h de exposição. os teores de carotenoides totais foram modificados pelos tratamentos em estudo, porém um padrão de expressão fenotípica não foi detectado. de outra forma, uma clara redução nos valores de concentração total de compostos fenólicos resultou da exposição aos agentes poluentes. as análises bioquímicas foram corroboradas pelos resultados das análises por microscopia de luz (ml), eletrônica de varredura (mev) e eletrônica de transmissão (met). a análise de imagens revelou o espessamento de parede celular, o aumento no tamanho de cloroplastos, a migração de compostos fenólicos à parede celular, bem como a redução de fisoides e a dilatação das membranas dos tilacoides. complementarmente, a determinação do perfil metabólico de amostras expostas ao óleo diesel por 24 h, via espectroscopia de ressonância magnética nuclear de 1h(1h-rmn), corroborou os resultados das análises bioquímicas, onde uma clara alteração metabólica foi detectada à exposição ao óleo diesel, comparativamente à amostra controle. em seu conjunto, os resultados desta investigação sugerem que a espécie sargassum cymosum var. stenophyllum responde de variadas formas à exposição ao óleo diesel e gasolina, constituindo um potencial biomarcador de áreas marinhas afetadas pela contaminação por esses derivados de petróleo.