A melancia de polpa vermelha (citrullus lanatus) é considerada um fruto de alto valor nutricional, pois constitui uma fonte natural de compostos bioativos, como o licopeno. o licopeno vem se destacando devido à sua ação benéfica à saúde, sendo considerado um dos mais potentes antioxidantes dentre os carotenóides. o processo de separação por membranas vem sendo muito utilizado para concentração de compostos bioativos, sendo capaz de preservar a qualidade do produto, considerando que não utiliza altas temperaturas. o principal objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento do suco de melancia durante o processo de concentração por nanofiltração (nf), avaliando a separação e concentração de compostos bioativos, além de investigar a sua capacidade antioxidante. o teor de licopeno, flavonóides totais e compostos fenólicos totais presentes nos concentrados aumentou com o incremento do fator de redução volumétrico (frv), sendo que estes valores foram superiores aos valores obtidos no suco de melancia (não filtrado). o melhor desempenho na concentração do suco de melancia foi obtido no frv 3, alcançando os teores mais elevados de compostos bioativos. a eficiência do processo foi avaliada através do cálculo da porcentagem de retenção (r), sendo que o licopeno obteve o maior r, 98,37 %, seguido dos flavonóides e compostos fenólicos com r de 95,54 % e 65,16 %, respectivamente. a atividade antioxidante de extratos lipofílicos e hidrofílicos (laa e haa, respectivamente) foi determinada através de dois métodos, isto é, a capacidade de antioxidantes em sequestrar o radical estável 2,2-difenil-1-picrilhidrazila (dppho) e o potencial antioxidante redutor férrico (frap). os extratos hidrofílicos e lipofílicos de suco de melancia apresentaram variações significativas nas suas capacidades de interagir com o dpph e frap, sendo que os valores referentes ao haa foram significativamente superiores (p < 0,05) aos valores referentes ao laa, em ambos os métodos. além disso, a atividade antioxidante dos concentrados aumentou à medida que o valor de frv foi aumentado. por fim, observou-se uma correlação altamente significativa entre o conteúdo de flavonóides, compostos fenólicos, ácido ascórbico e licopeno, e os seus potenciais antioxidantes em ambas as frações haa e laa. considerando os resultados obtidos, o processo de nf mostrou ser eficiente na concentração de compostos bioativos presentes no suco de melancia.