Este trabalho analisa criticamente a valoração da prova testemunhal no Direito Processual Penal brasileiro, à luz da neurobiologia do trauma e da psicologia cognitiva. A partir de pesquisa bibliográfica, documental e estudo de caso, discute-se como o trauma interfere na memória e compromete a fidedignidade dos depoimentos, especialmente em crimes violentos. O estudo evidencia as falhas do sistema de justiça no trato com vítimas e testemunhas, bem como os riscos de vitimização secundária. Propõem-se protocolos de inquirição baseados em evidências científicas, como a entrevista cognitiva e a adaptação do depoimento especial para vítimas adultas, a fim de humanizar o processo penal e fortalecer sua qualidade epistêmica.