Mudanças fisiológicas e bioquímicas ocorrem quando as plantas são submetidas ao estresse hídrico. Portanto, o objetivo desse trabalho foi avaliar o crescimento, a resposta antioxidante, o rendimento e a composição do óleo essencial (OE) do manjericão (Ocimum basilicum L.) submetidas ao déficit hídrico. O experimento foi conduzido em casa de vegetação sob três regimes hídricos: 100-90% (controle), 70-60% (estresse moderado), 40-30% (estresse severo) da capacidade de campo por 50 dias. Plantas submetidas ao estresse hídrico severo apresentaram reduções significativas na massa fresca e altura. O teor relativo de água nas folhas diminuiu com o aumento da severidade do estresse. Observamos um aumento na atividade de enzimas: superóxido dismutase (SOD), ascorbato peroxidase (APX) e catalase (CAT) em plantas submetidas ao déficit hídrico. As plantas submetidas ao estresse moderado e serevo apresentaram maior rendimento do OE, além de alterar sua composição química. Um total de 54 compostos foram identificados no OE das folhas de manjericão. Os fenilpropanóides aumentaram com o déficit hídrico e podem constituir um sistema antioxidante secundário, que pode auxiliar o sistema de defesa antioxidante primário, a fim de manter os níveis de peróxido de hidrogênio nas células em concentrações sub-letais para as plantas de manjericão.