A água subterrânea, em regiões áridas e semiáridas é, em muitos casos, a única fonte disponível de abastecimento hídrico para a população. O declínio ou deterioração em sua qualidade é considerado um problema crucial para a gestão dos recursos hídricos subterrâneos. Nesse trabalho, é realizado uma investigação hidrogeológica utilizando dados geoquímicos e isotópicos no aquífero cárstico, instalado nas rochas carbonáticas proterozoicas da Formação Salitre: porção meridional da Bacia de Irecê, Chapada Diamantina, Bahia, Brasil. Com isso, pretende-se compreender os processos hidrogeoquímicos e físicos que contribuem para a salinização da água subterrânea. Esse entendimento é essencial na explotação sustentável dos recursos hídricos. Nesse contexto, os principais resultados obtidos indicam que os processos de evaporação e lixiviação se evidenciaram pouco eficientes na reconcentração de sais minerais na zona vadosa do aquífero. As modelagens hidrogeoquímica e isotópica demonstraram que a salinidade da água subterrânea, está sujeita a processos geológicos, decorrentes da interação água rocha. O uso integrado da geoquímica e de isotópicos estáveis (δ 18 O e δ 2 H), em aquíferos cársticos, corresponde a um importante instrumento na modelagem e entendimento dos processos de salinização da água subterrânea e uma ferramenta eficaz na avaliação e gestão dos recursos hídricos. Palavras-chave: salinização da água subterrânea; aquífero carbonático; NE Brasileiro