Este estudo avaliou a influência do estresse térmico na resposta superovulatória e no perfil bioquímico de ovelhas Dorper superovuladas em ambiente tropical semiárido. Foram utilizadas 13 ovelhas da raça Dorper, as quais foram submetidas à sincronização do estro e ao tratamento superovulatório, em dois períodos diferentes [termoneutro (TN) e estresse térmico (ET)]. As ovelhas foram inseminadas por laparoscopia utilizando sêmen congelado 42-43 horas após a remoção do dispositivo intravaginal. Cinco dias após a inseminação artificial, foi realizada laparotomia para avaliação da resposta ovariana e lavagem uterina. Coletou-se sangue para avaliação das variações nas concentrações séricas de glicose, frutosamina, triglicerídeos, β-hidroxibutirato (BHB), creatinina, ureia, proteína total, albumina, AST/TGO, GGT, Fosfatase Alcalina, Cálcio, Fosfato e Magnésio. Os períodos termoneutro (TN) e de estresse térmico (ET) tiveram temperaturas médias de 22,01 °C e 27,61 °C, respectivamente, com umidade relativa de 31,9%. Não houver diferença na resposta ovulatória e recuperação de estruturas entre os períodos TN e ET. As concentrações dos metabólitos séricos sofreram variação entre períodos térmicos e entre momentos de avaliação. Em conclusão, o período térmico não afeta a eficiência do protocolo de superovulação em ovelhas Dorper criadas em ambiente tropical semiárido, mas provoca alterações nos metabólitos séricos.