O objetivo deste estudo foi investigar a infecção natural por Leishmania chagasi em flebotomíneos capturados em focos de leishmanioses visceral (LV) na ilha de São Luís, Maranhão, Brasil. Análise molecular por reação em cadeia da polimerase (PCR) foi aplicada para determinar a taxa de infecção natural de Lutzomyia longipalpis por L. chagasi em áreas de ocupação humana antiga e recente, na ilha de São Luís. Valendo-se de uma amostra de 800 fêmeas coletadas no período de março a agosto de 2005, foi possível determinar taxas de infecção natural equivalentes a 1,25% em uma localidade de colonização antiga e 0,25% em duas localidades de colonização recente. A infecção foi detectada nas duas localidades independentemente do número de casos humanos de LV notificados, o que demonstra que outros elementos que modulam a infecção no meio natural precisam ser investigados. Os resultados obtidos confirmam a PCR como técnica específica e importante ferramenta para as ações em vigilância epidemiológica.