O ensino em Química ainda é um grande desafio para muitos docentes, visto que os alunos continuam apresentando dificuldades de aprendizagem. Essa realidade também é resultado do modo adotado para ensinar e avaliar, pois na maioria das vezes têm-se a reprodução mecanizada de conhecimentos científicos. Nesse sentido, a Teoria de Ausubel para o desenvolvimento de uma aprendizagem significativa discute sobre a importância e a necessidade de considerar o que o aluno já sabe e, a partir disso, ensiná-lo, para que nesse processo seu conhecimento se modifique e, também, se construa um novo conhecimento. Aliada a essa teoria, Joseph Novak implementou a elaboração de mapas conceituais como uma alternativa de aplicabilidade da Teoria Ausubeliana, tanto como ferramenta de ensino como de avaliação. Nessa perspectiva, a presente pesquisa de natureza qualitativa avaliou o processo de aprendizagem significativa no ensino de Química através de uma sequência didática sobre termoquímica utilizando de mapas conceituais. Para tanto, o procedimento metodológico utilizado foi a pesquisa-ação realizando uma intervenção no lócus escolar durante um bimestre com alunos do segundo ano do ensino médio. Como instrumentos de coleta de dados, foi utilizado um questionário, a observação, diário de campo e os mapas conceituais elaborados pelos alunos, e para a análise dos resultados utilizou-se a técnica de análise de conteúdo. Dos resultados obtidos e analisados, constata-se que foi possível evidenciar indícios do desenvolvimento da aprendizagem significativa através das análises dos mapas conceituais, confirmando que os alunos com o decorrer da sequência didática incorporaram novas ideias e reelaboraram os conhecimentos prévios em conhecimentos com mais teor científico. Deixando evidente assim, a modificação da estrutura cognitiva dos aprendizes. Desse modo, constatou-se que a utilização de mapas conceituais constituiu-se como um instrumento importante no desenvolvimento das intervenções para a ocorrência da aprendizagem significativa e, principalmente, para identificar e avaliar as evidências e/ou indícios da mesma.