Para o uso do recurso água na agricultura procura-se uma maior eficiência devido á escassez em determinadas regiões. Objetivou-se avaliar o efeito do déficit hídrico, aplicado em diferentes fases fenológicas, sobre o crescimento, fisiologia e produção das cultivares BRS 286 e BRS 336 de algodoeiro herbáceo. O delineamento experimental foi blocos casualizados em parcelas subdivididas, com os seis regimes de déficits hídricos, aplicados em diferentes fases fenológicas do algodoeiro, formando as parcelas e, as duas cultivares de algodoeiro herbáceo, as subparcelas, em 4 repetições. Foram avaliadas as variáveis de crescimento, fisiológicas e produtividade de algodão em caroço do algodoeiro herbáceo. O déficit hídrico restringiu o crescimento de ambas as cultivares de algodoeiro herbáceo, com as fases mais sensíveis sendo as de crescimento inicial, de botão floral e de flor. O déficit de 14 dias, aplicados nas diferentes fases fenológicas, não influenciou a fotossíntese das plantas de ambas as cultivares, mas alterou a condutâncias estomática e a transpiração das mesmas. As fases fenológicas de flor e de maçã foram as mais sensíveis ao déficit hídrico por apresentarem menor produção. Os tratamentos sem déficit em todo o ciclo e com déficit nas fases de crescimento inicial e de capulho, de ambas as cultivares de algodoeiro herbáceo, permitiram produtividade satisfatória em relação à média nacional.