Alar Karis, diretor do Museu Nacional da Estónia, recebeu o apoio de 63 deputados dos 101 assentos do parlamento, com 16 votos em branco, enquanto os restantes estavam ausentes ou abstiveram-se.
O candidato precisava de uma maioria de dois terços, ou 68 votos, para ser eleito na votação secreta.
O resultado significa que vão ser realizadas mais rondas de votação na terça-feira.
Karis, de 63 anos, antigo auditor estatal e diretor universitário, era o único candidato à sucessão de Kersti Kaljulaid, a primeira mulher Presidente da Estónia, impedida de concorrer a novo mandato de cinco anos por não conseguir o apoio de 21 deputados para indicá-la como candidata.
"Amanhã é outro dia", afirmou Karis aos jornalistas imediatamente a seguir ao anúncio dos resultados oficiais.
No complexo sistema de eleições presidenciais da Estónia, outras duas rondas de votação estão agendadas para terça-feira.
Se essas votações não produzirem resultados, a eleição vai ser transferida para um colégio eleitoral especial de 208 membros constituído por deputados e representantes dos municípios, que votarão num novo chefe de Estado em setembro.
Se esse mesmo órgão não conseguir eleger, a votação volta para o parlamento e o processo será reiniciado. Foi o que aconteceu em 2016, quando Kaljulaid acabou por ser eleita pelos deputados depois de nem o corpo eleitoral especial ter conseguido apresentar um resultado.
O primeiro-ministro detém a maior parte do poder na Estónia, país membro da União Europeia e da NATO com 1,3 milhões de habitantes, enquanto o papel do Presidente é, em grande parte, simbólico -- incluindo representar a nação no estrangeiro e atuar como líder da opinião interna.
Mas os poderes do Presidente incluem ser o comandante supremo das Forças Armadas da Estónia, nomear formalmente membros do Governo e vetar ou promulgar leis.
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