El betabel (Beta vulgaris L.), es un tubérculo con propiedades preventivas contra varias enfermedades causadas por la formación de radicales libres, principalmente por su contenido antioxidante y de otros compuestos bioactivos. Debido a sus propiedades nutrimentales y beneficios en la salud se han explorado diversas tecnologías de conservación de B. vulgaris L. incluyendo la pasteurización, sin embargo, existe una gran pérdida de sus nutrientes. Actualmente existen tecnologías emergentes, como el termoultrasonido que ha demostrado la liberación de estos compuestos sin que exista una pérdida de ellos además de mantener la inocuidad de los alimentos. El objetivo del presente trabajo fue obtener la condición óptima del proceso de termoultrasonido del jugo de betabel mediante la metodología de superficie de respuesta, evaluando la calidad microbiológica, sus propiedades fisicoquímicas, actividad enzimática, contenido y actividad antioxidante, su comparación con la pasteurización realizando los parámetros antes mencionados, así como la bioaccesibilidad intestinal in vitro de antioxidantes. Los parámetros usados fueron amplitud (75-85%) y tiempo (8-13 min) y la condición óptima de proceso obtenida fue comparada con dos muestras pasteurizadas (70 °C/10 min y 80 °C/20 min) y un control. Los jugos termoultrasonicados aumentaron en la estabilidad (96.70-98.64%), hubo una disminución en la carga microbiana de mesófilos aerobios y enterobacterias (3.07 y 4.29 log UFC/mL), así como inactivación de pectinmetilesterasa y polifenoloxidasa, se presentó un mayor contenido de betaninas (131.02-145.43 mg EB/100 mL) y actividad antioxidante por el método ABTS (215.69-308.78 μmol ET/100 mL). Los parámetros que se ajustaron al modelo matemático de superficie de respuesta (R2>0.90) fueron índice de turbidez, contenido de fenoles totales, betalaínas, actividad antioxidante por ABTS, DPPH, FRAP y quelante.