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A ciência da América Latina e Caribe viveu um tempo favorável no início do século XXI, marcado pelo aumento dos investimentos, da formação de recursos humanos e da produção científica. As novas configurações exigem novos olhares sobre a ciência regional, os padrões de especialização e os perfis científicos dos países e da região. Este trabalho analisa o perfil científico e os padrões de especialização da América Latina e Caribe na ciência regional e global entre 2003 e 2014 com base em dados de insumos e resultados. A pesquisa consiste num estudo cientométrico de nível macro, baseado em múltiplos indicadores e fontes de dados complementares. O corpus é formado por 643.222 artigos e 8.231.334 citações da Web of Science e 274.335 artigos e 513.903 citações da SciELO Citation Index, além de dados de insumos em ciência e tecnologia. Os resultados revelam que os esforços da região ainda não se refletem em maior impacto de citações, ficando entre 20% e 60% abaixo da média mundial. Os padrões de especialização mostram a adesão da região aos modelos paradigmáticos bio-ambiental e ocidental, com ampla variabilidade entre os países. O modelo bio-ambiental é predominante e reforça as competências da região, em especial nas Ciências Agrárias e Naturais, enquanto o modelo ocidental indica a especialização em Biomedicina e Medicina Clínica. Conclui-se que a ciência regional e global da América Latina e Caribe são complementares, seguem modelos paradigmáticos semelhantes e contribuem para uma visão mais ampla da ciência regional.