El karst es un entorno geológico que se origina en la disolución de rocas solubles como la caliza. La convergencia de factores climáticos, geológicos y biológicos da forma colectivamente y condiciona estos ambientes, desde la superficie hasta la capa acuífera más profunda. Las actividades humanas y el cambio climático pueden modificar estas complejas conexiones, al alterar la calidad y/o disponibilidad del agua, promover la degradación del suelo, o cambiar la vegetación. Para obtener una perspectiva integrada de los ambientes kársticos en el contexto de un clima mediterráneo, en el sector norte de la provincia de Alicante se analizaron dos secciones dentro del perfil vertical: la parte superficial del sistema kárstico, concretamente la interfaz atmósfera-suelo-epikarst representada por la Cueva del Rull, donde se producen multiplicidad de fenómenos que moldean el karst superficial; y el karst más profundo, en la zona saturada, representado por el acuífero Almudaina-Segaria. El propósito de esta tesis doctoral es investigar las características y procesos que tienen lugar en un sistema kárstico mediterráneo, comprendiendo también la posible influencia de factores climáticos y antropogénicos sobre los diferentes componentes del sistema. Estos objetivos fueron alcanzados mediante numerosas técnicas de recolección y procesamiento de datos, análisis, modelización e interpretación de los resultados obtenidos, entre las que destacan el muestreo y la medición de parámetros ambientales y parámetros fisicoquímicos del aire, agua, y sólido, análisis e intersección de datos espaciales georreferenciados en Sistemas de Información Geográficos, y la utilización de gas radón, un gas inerte y radiactivo, como trazador geoquímico de movimientos de masas de aire y agua. Los resultados muestran que, en la zona kárstica estudiada, las intervenciones o modificaciones en la superficie, tanto en el territorio como en las condiciones climáticas, y sean naturales o de origen antrópico, pueden tener impactos significativos en el volumen y calidad del agua, así como también en los procesos que tienen lugar a diferentes profundidades. La dinámica y propiedades del agua y los gases en la zona vadosa somera responde a los cambios en las condiciones meteorológicas y, en el caso de la Cueva del Rull, a las concentraciones de gases como CO2 y radón, que varían estacionalmente. La hidrología y dinámicas gaseosas de los paisajes kársticos se caracteriza por interacciones complejas y dinámicas entre los parámetros ambientales, el entorno geológico, y el agua superficial y subterránea. La sensibilidad de estos ambientes concede una vulnerabilidad intrínseca al equilibrio natural de los paisajes kársticos, cuya eventual modificación involucra consecuencias complejas y, potencialmente, de gran alcance para los recursos hídricos, los ecosistemas y las comunidades humanas. La presente tesis doctoral contribuye al entendimiento de los entornos kársticos mediterráneos, revelando su gran complejidad y sensibilidad a las modificaciones ambientales. La investigación integrada, interdisciplinar y especializada en cada contexto local constituye una base sólida imprescindible para el desarrollo de estrategias de gestión que garanticen la sustentabilidad de los ambientes kársticos y sus ecosistemas. / La Conselleria d'Innovació, Universitats, Ciència i Societat Digital, Generalitat Valenciana, ha financiado el doctorado [GRISOLIAP/2020/124] y la estancia predoctoral [CIBEFP/2022/18]. Proyecto financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, España [Proyecto RTI2018-099052-BI00], y por la Generalitat Valenciana [AICO/2020/175].