ABSTRACT Knowledge of the combining ability of genotypes, genetic diversity, and heterosis play the paramount role in obtaining double-cross hybrids with high productivity. This study was aimed at evaluating these parameters in tomato genotypes using partial diallel crosses among the commercial single-cross hybrids, which verified the possibility of using double-cross hybrids for commercial purposes. Tomato genotypes included 15 double-cross hybrids, their genitors, and two commercial genotypes as checks. Of the fifteen double-cross hybrids of tomato, two crosses exhibited superiority, such as Aguamiel × Compack and Dominador × Compack, mainly for the total and commercial fruit yields. The phenotypic expression of the trait is controlled by the genes with non-additive effects, whereas the genes with additive effects account for the genotypes of fruit mass, horizontal diameter, vertical diameter, and bunch insertion height. Regarding the genetic diversity, molecular analyses pointed out polymorphism for 79 percent of the evaluated loci evidencing a high genetic variability among the genitors. The heterosis values were low for most of the crosses, except for Forty × Plutão that represented 107 percent of heterosis for the total fruit yield. As compared with the commercial checks, the diallel cross generated superior quality hybrids, which inferred the possibility of obtaining double-cross hybrids of tomato with significant heterosis.RESUMO O conhecimento da capacidade de combinação entre genótipos, diversidade genética e heterose desempenha um papel fundamental na obtenção de híbridos duplos com potencial produtivo. Este estudo teve como objetivo avaliar esses parâmetros em genótipos de tomate por meio de um cruzamento dialélico balanceado entre híbridos simples comerciais, gerando híbridos duplos. Os genótipos de tomate incluíram 15 híbridos duplos, seus genitores e dois genótipos comerciais como testemunhas. Dos 15 híbridos duplos, dois cruzamentos exibiram superioridade, Aguamiel × Compack e Dominador × Compack, principalmente em relação à produção de frutos comerciais. Para essa caracteristica, genes com efeito não aditivo controlam sua expressão. Para massa do fruto, diâmetro horizontal, diâmetro vertical e altura de inserção do cacho, genes com efeito aditivo são responsáveis pela sua expressão genotípica. Em relação à diversidade genética, as análises moleculares indicaram polimorfismo para 79% dos locos avaliados, evidenciando a alta variabilidade genética dos genitores. Os valores de heterose foram baixos para a maioria dos cruzamentos, exceto para a combinação Quarenta × Plutão, que apresentou heterose de 107% para a produção total de frutos. O cruzamento dialélico gerou combinações híbridas com desempenho superior em relação às testemunhas comerciais, sugerindo a possibilidade de obter híbridos duplos de tomate com heterose significante.