O vitanolido D (VD) é um composto fitoterápico que tem sido investigado como um potente agente antineoplásico e antiviral. O objetivo deste estudo foi avaliar se a melatonina (MT) é capaz de atenuar os efeitos tóxicos sobre folículos pré-antrais inclusos no córtex ovariano, expostos ao VD. O córtex ovariano foi incubado por 48 h em: (1) α-MEM⁺; (2) α-MEM⁺ mais 6 μM VD; (3) α-MEM⁺ mais 3 mmol/L de MT ou (4) α-MEM⁺ mais 6,0 µM de VD e 3 mmol/L de MT. Nossos principais resultados mostraram que a exposição às drogas causou danos à morfologia folicular (VD ou VD + MT) no córtex ovariano. Além disso, a expressão de ATM aumentou na presença de VD, MT ou VD + MT. No entanto, as drogas não modificaram a expressão de γH2AX. Concluímos que, no presente estudo, a melatonina não proporcionou proteção e poderia ter potencializado o efeito tóxico da WD para os folículos inclusos no córtex ovariano.