Apesar do grande potencial comercial da pitaia, ainda são escassos os estudos de caracterização físico-química de frutos da pitaia, principalmente considerando espécies nativas do Cerrado. Neste trabalho, objetivou-se analisar a caracterização físico-química, polifenóis e flavonoides amarelos totais de frutos de espécies de pitaia Hylocereus costaricensis, Hylocereus undatus, Selenicereus setaceus e Selenicereus megalanthus. Para as avaliações físico-químicas, foram realizadas as análises de sólidos solúveis, pH e acidez total titulável. Para a determinação dos compostos fenólicos, realizaram-se as análises de polifenóis extraíveis totais e flavonoides amarelos. Foram observadas diferenças significativas entre as espécies de pitaia e entre as partes basal, mediana e apical dos frutos, quanto às características físico-químicas e a concentração de compostos fenólicos. A espécie S. megalanthus apresentou maior quantidade de sólidos solúveis, apresentando, assim, a polpa mais doce. Tal característica foi mais pronunciada na parte mediana do fruto de todas as espécies. Houve diferença significativa entre o pH, com valores variando de 4,84 a 5,67, classificando-se como alimentos pouco ácidos. A acidez variou de 0,10 % a 0,15 % de ácido cítrico. H. costaricensis merece destaque pela presença de maior quantidade de polifenóis totais e de flavonoides amarelos, diferenciando-se significativamente das demais espécies.