Participando do Campeonato Mundial de Esportes Aquáticos de 2001 em Fukuoka, Nayara, com 17 anos, conseguiu chegar à final dos 1500 metros livres, terminando em 8º lugar. Ela foi a primeira mulher brasileira a qualificar-se para a final de um Campeonato Mundial, onde ela terminou a prova com o tempo de 16m40s37. Em 27 de julho, durante a qualificação, ela quebrou os recordes Brasileiro e Sul-Americano nos 1.500 metros, com um tempo de 16m32s18.Este recorde sul-americano não foi quebrado até 2013, quando Poliana Okimoto fez um tempo de 16m26s90. Nesta competição, ela também terminou em 13º lugar nos 800 metros livre, com um tempo de 8m43s85, recorde sul-americano.