A identificação de microalgas de interesse biotecnológico tem aumentando na última década. As microalgas são organismos unicelulares ou multicelulares que apresentam alta capacidade em converter CO2, nutrientes e luz solar em produtos de grande valor químico e comercial, como lipídios, proteínas, polissacarídeos e vitaminas. As microalgas são utilizadas pelas indústrias biotecnológicas para a alimentação humana e animal, na aquicultura, na área farmacêutica e como fonte para produção de biodiesel. A identificação destes organismos através da morfologia é uma tarefa difícil. Algumas microalgas apresentam plasticidade dependendo do ambiente em que estão vivendo, e algumas espécies crípticas não são possíveis de identificar apenas com a morfologia. Dessa forma, a identificação molecular vem sendo amplamente utilizada para identificar espécies de microalgas com potencial biotecnológico. Com objetivo de identificar espécies com potencial biotecnológico, foram utilizadas ferramentas moleculares e árvores filogenéticas para inferir as espécies deste estudo. As microalgas foram coletadas no lago Dourado localizado no município de Santa Cruz do Sul, RS, Brasil. Em seguida foram cultivadas em meio de cultivo L.C. Oligo com luz constante e temperatura de 25ºC (± 3ºC). Dois organismos foram isolados com sucesso. O DNA foi extraído através do protocolo de extração utilizando CTAB. Para obtenção de DNA com uma maior pureza, sem a presença de RNA, aplicou-se RNase A durante a extração. Para amplificação e sequenciamento do DNA foram utilizados os marcadores moleculares da região 18S rDNA e ITS. Para gerar as árvores filogenéticas dois métodos foram aplicados, o método tradicional Maximum-likelihood e o método Bayesiano. Dois organismos foram identificados utilizando as análises das árvores filogenéticas e morfologia para discriminação das espécies. Uma amostra pertence a espécie Parachlorella kessleri e a outra amostra pertence a Lobochlamys segnis. P. kessleri apresenta grande potencial biotecnológico para produção de biodiesel, sendo umas das poucas espécies com potencial para uso em escala industrial. L. segnis possui um baixo potencial biotecnológico, sendo que apresenta uma produção de lipídios inferior a P. kessleri. Com a identificação molecular das microalgas do presente estudo, foi possível identificar as espécies e conhecer os potenciais biotecnológicos destes organismos para futuras explorações. Palavras-chave: microalgas; sequenciamento; Maximum-likelihood; método Bayesiano; árvores filogenéticas.