RESUMO Objetivo: analisar a relação entre a carga mental de trabalho e o apoio social em trabalhadores da atenção primária à saúde. Método: trata-se da pesquisa transversal quantitativa com profissionais de saúde da Atenção Primária à Saúde do Rio Grande do Sul, Brasil. Os dados foram coletados online entre julho de 2021 e abril de 2022, por meio dos seguintes instrumentos: questionário com informações sociodemográficas, laborais e perfil de saúde; Job Stress Scale; e Escala Subjetiva de Carga Mental no Trabalho. Analisaram-se os dados com estatística descritiva, correlação de Spearman, teste Qui-Quadrado ou Exato de Fischer (com significância estatística estabelecida em p<0,05) e consistência interna usando o coeficiente Alpha de Cronbach. Resultados: maior contigente de trabalhadores apresentou carga mental de trabalho adequada (48,7%) e houve prevalência de baixo apoio social (57,6%). A carga mental teve associação significativa com o ter tempo para lazer (p<0,001) e satisfação com o trabalho (p=0,028). Ainda, satisfação com o trabalho obteve relação significativa com apoio social (p<0,001). Ademais, apoio social teve correlações negativas e significativas com a carga mental nas dimensões consequências para a saúde (r=-0,377; p<0,001) e as características do trabalho (r=-0,192; p=0,008). Conclusão: os trabalhadores com alta carga mental têm menor percepção de apoio social, o que pode repercutir na saúde, considerando as características do trabalho. Ainda, os aspectos da satisfação e as atividades de lazer deveriam ser promovidos como forma de promoção de qualidade de vida no trabalho.