Introdução: A falta de ferramentas validadas para avaliação nutricional em pacientes críticos requer novas abordagens. A medida da espessura do músculo adutor do polegar (EMAP) tem sido associada ao estado nutricional e desfechos clínicos em pacientes hospitalizados, incluindo aqueles em estado crítico. Objetivo: Avaliar a associação da EMAP com estado nutricional e desfechos clínicos em pacientes críticos. Métodos: Estudo observacional prospectivo com adultos e idosos de ambos os sexos internados em uma UTI de hospital público brasileiro. A EMAP, dobras cutâneas e circunferências corporais foram medidas nas primeiras 48 horas após a internação, seguindo técnicas padronizadas. Dados clínicos e laboratoriais foram obtidos dos prontuários. O estado nutricional foi avaliado pela Avaliação Subjetiva Global (ASG). Os desfechos foram avaliados até a alta hospitalar. Resultados: Participaram do estudo 28 pacientes, a maioria do sexo masculino (53,6%), com idade média de 60,6 anos e comorbidades prevalentes, principalmente doenças respiratórias (75,0%), faziam uso de drogas vasoativas (60,7%), receberam suporte ventilatório invasivo (57,1%) e não foram a óbito (57,1%). A EMAP da mão dominante (EMAP(d)) correlacionou-se positivamente com todas as medidas antropométricas analisadas no sexo masculino (r > 0,5; p<0,05). A EMAP da mão não dominante (EMAP(nd)) apresentou correlação moderada e positiva apenas com a CB (r: 0,52; p<0,05). No sexo feminino, a EMAP(d) apresentou correlação moderada e positiva (r: 0,65; p<0,05) somente com a EMAP (nd). Em ambos os sexos, a CB, CMB, AMBc, CP e DCT apresentaram correlações fortes entre si (r > 0,7; p<0,05). Os participantes bem nutridos apresentaram diferença significativa na EMAP(nd) não adequada (< percentil 5) em comparação aos moderado ou gravemente desnutridos (diferença média de 3 mm; p = 0,016). De modo semelhante, A EMAP(nd) no sexo masculino variou significativamente com o tempo de internação hospitalar (< ou >= 28 dias; diferença média de 6 mm; p = 0,039). Conclusão: A EMAP (nd) esteve associada ao estado nutricional e ao tempo de internação hospitalar em pacientes críticos, principalmente no sexo masculino, podendo ser considerada a sua utilização de forma complementar à ASG nas primeiras horas de admissão de pacientes em UTI.