Este trabalho tem como objetivo avaliar o processo difusivo na desidratação osmótica, seguida de secagem em estufa, de melão cortado em formato de cubo com ênfase na modelagem matemática, análises físico-química e sensorial do produto obtido. As cinéticas do processo de desidratação osmótica e secagem em estufa são descritas por dois modelos matemáticos que usam soluções analíticas da equação de difusão, em coordenadas cartesianas, com condição de contorno de primeiro e terceiro tipo. Às soluções analíticas foram acoplados algoritmos de otimização que se baseiam na remoção ótima de pontos experimentais, visando-se à determinação dos parâmetros termofísicos para a descrição das cinéticas. Os dados foram obtidos em experimentos de desidratação osmótica de melão usando soluções osmodesidratante com teor de sólidos de 25, 45 e 65 ºBrix. A secagem posterior foi realizada em estufa, nas temperaturas de 50, 60 e 70 ºC. Os resultados indicaram que os otimizadores propostos têm capacidade para obter os parâmetros necessários ao estudo proposto neste trabalho e a condição de contorno mais adequada para descrever o processo que rege a transferência de massa é a de terceiro tipo.