O tamanho ótimo de amostra na cultura da melancia é importante tanto para a realização de experimentos futuros como para a determinação de lotes homogêneos de qualidade e representativos. Assim, objetivou-se com este trabalho determinar o tamanho amostral necessário para a caracterização de frutos de melancia. O trabalho foi realizado com 52 frutos amostrados em lavoura comercial localizada no assentamento de reforma agrária Sezínio Fernandes de Jesus, comunidade de Humaitá, município de Linhares – ES. Foram medidos perímetro equatorial, perímetro longitudinal, relação perímetro longitudinal/perímetro equatorial e massa fresca. Calculou-se as estatísticas descritivas e normalidade das características e a partir destes dados, determinou-se o tamanho ótimo de amostra para cada característica, com um intervalo confiança de 95% e com o erro de estimação em torno da média de 1, 5, 10, 15 e 20%. O número de frutos necessários para o tamanho ótimo amostral é distinto para cada característica mensurada. O tamanho ótimo amostral para frutos de melancia colhidos ao apresentarem pedúnculo seco, com intervalo de confiança de 5% e para um erro de estimação igual a 10% da média estimadas para as características perímetro longitudinal, perímetro equatorial, relação perímetro longitudinal/ perímetro equatorial e massa fresca, foi de 1, 1, 1 e 7 frutos, respectivamente.