No semiárido do Nordeste do Brasil, a irregularidade de chuvas e elevada evapotranspiração proporcionam déficit hídrico nas plantas na maior parte dos meses do ano, destacando-se como fator limitante para produção de olerícolas. Assim, a identificação de estratégias capazes de amenizar os efeitos do déficit hídrico nas plantas é essencial para produção sob condições irrigadas. Nesse contexto, objetivou-se avaliar o efeito da adubação nitrogenada na morfofisiologia e nos componentes de produção de mini-melancia 'Sugar Baby'. O experimento foi conduzido na Fazenda Experimental ‘Rolando Rivas Castellón’, São Domingos, Paraíba, sob condições de casa de vegetação, utilizando-se o delineamento de blocos casualizados em esquema fatorial 4 × 4, correspondendo a quatro níveis de reposição hídrica (50, 75, 100 - controle e 125% da evapotranspiração real da cultura - ETr) e quatro doses de nitrogênio - DN (50, 75, 100 e 125% da dose recomendada), com 3 repetições, totalizando 48 plantas. Foram avaliadas as variáveis de trocas gasosas, os teores de pigmentos fotossintéticos, o conteúdo relativo de água e o extravasamento de eletrólitos, o crescimento e a produção de fitomassa, os componentes de produção e a qualidade pós-colheita dos frutos de mini-melancia. A irrigação deficitária com 50% da evapotranspiração real inibiu as trocas gasosas, a síntese de pigmentos fotossintéticos, o crescimento, e a qualidade dos frutos da mini-melancieira ‘Sugar Baby’, independente da dose de nitrogênio. A lâmina de água com 125% da evapotranspiração real combinada à adubação de 100% da recomendação de nitrogênio proporcionou maiores teores de clorofilas totais, número de folhas e de fitomassa seca das raízes, caule, total, parte aérea e pH dos frutos de mini-melancieira ‘Sugar Baby’.