We have compared results of Plasmodium species identification obtained with conventional on-site microscopy of Giemsa-stained thick smears (GTS) and a semi-nested polymerase chain reaction (PCR) in 96 malaria patients from Rondônia, Western Brazilian Amazon. Mixed-species infections were detected by PCR in 30% patients, but no such case had been found on GTS. Moreover, P. malariae infections were detected in 9 of 96 patients (10%) by PCR, but were not identified by local microscopists. The potential impact of species misidentification on malaria treatment and control is discussed. Key-words: Malaria diagnosis. PCR. Brazilian Amazon. Plasmodium malariae.Resumo Comparam-se neste trabalho resultados de identificação de espécie de Plasmodium obtidos com a microscopia convencional de gotas espessas coradas pelo Giemsa, realizada no local, e um protocolo semi-aninhado de reação em cadeia da polimerase (PCR) em 96 pacientes maláricos de Rondônia, Amazônia Ocidental Brasileira. Infecções envolvendo mais de uma espécie foram detectadas através de PCR em 30% dos pacientes, mas nenhum caso havia sido encontrado pelo exame de gotas espessas. Além disso, encontraram-se infecções por P. malariae por PCR em 9 dos 96 pacientes (10%), mas nenhuma havia sido encontrada pelos microscopistas locais. Discute-se o potencial impacto de erros de identificação de espécie sobre o tratamento e o controle da malária. Palavras-chaves: Diagnóstico da malária. PCR. Amazônia Brasileira. Plasmodium malariae.