O estresse térmico afeta negativamente o metabolismo mitocondrial e o desempenho produtivo de frangos de corte, exigindo estratégias nutricionais para reduzir seus impactos. O objetivo deste estudo foi avaliar diferentes níveis de energia metabolizável na dieta sobre a expressão de genes relacionados à atividade mitocondrial em frangos de corte submetidos a condições de conforto e estresse térmico. Foram utilizados 240 frangos de corte machos, avaliados entre os 21 e 42 dias de idade. O ensaio foi conduzido em delineamento inteiramente casualizado (DIC), em esquema fatorial 3x2, composto por três níveis de energia metabolizável na dieta e duas condições térmicas: conforto (25°C) e estresse térmico (34°C). As dietas experimentais foram formuladas com os mesmos ingredientes e composição nutricional semelhante, variando apenas nos níveis de energia metabolizável (3050, 3100 e 3150 kcal/kg na fase de crescimento; 3100, 3150 e 3200 kcal/kg na fase de engorda). Ao final do experimento, amostras de músculo peitoral foram coletadas para as análises de expressão gênica realizadas por RT‑qPCR. Os primers utilizados tiveram como alvo os genes ND1, COXII, COXIII, CYTB e ATP6, enquanto os HBSM e ACTN foram utilizados como genes de referência. Os dados foram avaliados por ANOVA, com teste de Tukey, considerando os efeitos de temperatura, energia metabolizável e suas interações. A expressão do gene ND1 foi maior em aves submetidas à dieta com alta energia em conforto térmico, sem variações significativas sob estresse térmico. O gene CYTB manteve expressão estável no conforto térmico, apresentando maior expressão com baixa energia em estresse térmico. COXIII apresentou maior expressão em alta energia sob estresse térmico e também em baixa energia no conforto térmico, sem diferenças significativas nos demais tratamentos. COXII foi influenciado apenas pela temperatura, com maior expressão em conforto térmico. ATP6 apresentou maior expressão na dieta de alta energia e no conforto térmico, sem interação entre os fatores. Esses resultados indicam que os genes mitocondriais respondem de forma distinta às variações de energia na dieta e à temperatura ambiente, refletindo estratégias adaptativas das aves para manter a produção de energia. Isso ressalta a importância do manejo nutricional adequado frente às condições ambientais.