Com a finalidade de avaliar o efeito fisiológico de thiamethoxam no desenvolvimento inicial de plantas de cana-de-açúcar, foram realizados dois experimentos. O primeiro conduzido em caixas plásticas do tipo gerbox (3,5 x 11 x 11 cm) contendo substrato, aplicou-se thiamethoxam em toletes de cana-de-açúcar, nas doses: 0, 100, 150 e 200 g de ingrediente ativo (i.a.).ha-1. O segundo experimento foi realizado em tubos de PVC (0,2 x 1,20 m), preenchido com solo, utilizaram-se seis doses de thiamethoxam (0, 50, 100, 150, 200 e 250 g i.a.ha-1) em mudas de duas variedades (RB867515 e SP80-1816). Avaliou-se a parte área e o sistema radicular das plantas aos 30 dias após a aplicação do inseticida, no primeiro experimento e aos 130 dias no segundo. Observou-se que no primeiro experimento as características altura, diâmetro e massa seca da parte área não foram alterados em razão da aplicação do inseticida nos toletes de cana-de-açúcar, porém, nos tratamentos com thiamethoxam houve um incremento na massa seca das raízes de até 3,7 vezes mais. No segundo experimento, thiamethoxam proporcionou aumento no diâmetro das plantas e incremento na massa seca das raízes da variedade RB867515 de até 72,69%. No entanto, o comprimento do sistema radicular e a massa seca da parte aérea não foram alterados pela aplicação do inseticida nas mudas.