As pitayas são consideradas uma novidade promissora no Brasil. Ainda não existe uma cultivar lançada no mercado que tenha alta produtividade e atenda as exigências do consumidor brasileiro. O presente trabalho teve como objetivo avaliar características físicas e químicas de frutos e a variabilidade genética de acessos de pitaya com grande potencial comercial, avaliar o hábito de florescimento e frutificação nas condições do Cerrado do Planalto Central, otimizar a metodologia de propagação vegetativa, subsidiar trabalhos de seleção de genótipos superiores e melhoramento genético com a obtenção e avaliação de híbridos interespecíficos. Os experimentos foram realizados na Embrapa Cerrados, localizada em Planaltina, DF. Para avaliar as características físico-químicas, foram analisados o comprimento, diâmetro, pH, sólidos solúveis, massa total da casca e da polpa. A espécie Selenicereus setaceus apresenta maior teor de sólidos solúveis, diferenciando significativamente da espécie Hylocereus undatus. Os resultados das correlações indicam que quanto maior o tamanho e massa dos frutos menor é o teor de sólidos solúveis na polpa dos frutos de pitaya, considerando os genótipos e espécies analisados. A análise de agrupamento permitiu subdividir os vinte e um genótipos das duas espécies de pitaya em dois grupos de similaridade genética. As características físico-químicas dos frutos evidenciam alta diversidade genética entre os acessos das espécies H. undatus e S. setaceus. Foi realizada também a caracterização química e de compostos fenólicos de frutos de espécies de pitaya Hylocereus costaricensis, H. undatus, Selenicereus setaceus e S. megalanthus. As análises físico-químicas foram baseadas na porcentagem de sólidos solúveis, pH e acidez total titulável expresso em porcentagem de ácido cítrico. A determinação dos compostos fenólicos foi feita com base nas análises de polifenóis extraíveis totais e flavonóides amarelos. Foram observadas diferenças significativas entre as espécies de pitaya e entre as partes basal, mediana e apical dos frutos quanto às características químicas e a quantidade de compostos fenólicos. A espécie H. costaricensis merece destaque pela presença de maior quantidade de compostos fenólicos, diferenciando significativamente das demais espécies. Em relação ao hábito de florescimento e frutificação das espécies H. undatus e S. setaceus, verificou-se que a floração e frutificação da espécie S. setaceus começa e termina cerca de dois meses antes que a espécie H. undatus. O período da antese até a maturação dos frutos da espécie S. setaceus dura cerca de 18-27 dias a mais, quando comparada com a espécie H. undatus. Visando a otimização da metodologia de propagação utilizou-se diferentes tamanhos de cladódios e substratos da pitaya (H. undatus). Verificou-se que mudas oriundas de cladódios com 9 gemas permitiram a obtenção de maior número e comprimento de brotos, maior massa fresca e seca de brotos e raízes. De um modo geral, o substrato com vermiculita permitiu a obtenção de mudas com maior quantidade de brotos,  massa de raízes. Híbridos interespecíficos foram desenvolvidos e confirmados utilizando-se marcadores moleculares RAPD. Constatou-se a existência de compatibilidade genética entre as espécies H. costaricencis e H. undatus. Para verificar características de vigor e desempenho agronômico de dez genótipos de pitayas da espécie H. undatus, as seguintes características foram analisadas: número de cladódios, comprimento total de cladódios, diâmetro médio dos cladódios, número médio de flores, número médio de frutos, porcentagem de vingamento por planta e número total de frutos produzido por planta durante 3 anos. Efeitos significativos dos genótipos de pitaya foram verificados para todas as características agronômicas avaliadas. Os genótipos 01 (CPAC PY-01(3)) e 05 (CPAC PY-01(4)) proporcionaram melhor desenvolvimento vegetativo e maior produtividade, demonstrando características promissoras para o processo de seleção e melhoramento genético para as condições do Cerrado.