En el presente trabajo se analiza la composición mineralógica y química de los sedimentos activos y preindustriales de los principales ríos que conforman la cuenca del Río Limarí (Región de Coquimbo, Chile). El objetivo es determinar la influencia que tiene tanto la geología como la actividad antropogénica sobre los sedimentos fluviales que componen la cuenca. Luego, en base a la abundancia de metales pesados, establecer su calidad ambiental. Se estima que los resultados de este trabajo son de particular interés en esta zona debido a la estrecha interacción que existe entre sus principales actividades económicas, correspondientes a agricultura y minería. Se analizó la fracción fina (<180 µm) de los sedimentos, la cual se estima representativa de la carga en suspensión. La composición química fue determinada mediante espectrometría de masa y la composición mineralógica mediante difracción de Rayos-X. Los datos fueron procesados utilizando herramientas tales como diagramas de variación geográfica y redes neuronales artificiales. Estos diagramas permitieron realizar una caracterización geoquímica y mineralógica de la cuenca y definir cuáles son los factores más influyentes sobre la composición de los sedimentos. Los resultados obtenidos indican que los factores naturales con mayor influencia sobre la composición química y mineralógica de los sedimentos son: la composición química del basamento rocoso, la presencia de zonas mineralizadas, el efecto de dilución (o concentración) asociado a la confluencia con ríos tributarios y la geomorfología de los valles. Por otro lado, entre los factores antropogénicos se destacó la influencia asociada a la agricultura (uso de fertilizantes), a la minería (lixiviación del material de descarte hacia los ríos) y a la urbanización (descargas urbanas). Los resultados también sugieren que el sistema de embalses ha afectado el régimen hidrodinámico natural modificando tanto la carga en suspensión como los patrones de sedimentación. En particular, los sedimentos activos de algunos cursos fluviales presentan concentraciones de elementos muy superiores al promedio de la cuenca, evidenciando anomalías geoquímicas. Los casos más representativos corresponden a: 1) curso superior del Río Hurtado, presenta altas concentraciones de Cu, Cd, As, Zn, Y, Co, Ni, Se, Bi, Tl, Be, U, MnO, Mo, Sn y HREE asociados a una zona de alteración hidrotermal en la Cordillera de los Andes; 2) curso medio del Estero Ingenio, presenta elevadas concentraciones de Cu, Hg, Au, Fe2O3, Bi, Co, Ni, Sb, Ag y Au asociados a las descargas de la planta La Cocinera (planta de flotación de Cu, Au y Ag); 3) curso superior del Estero Punitaqui (aguas abajo de la Quebrada Los Mantos), presenta elevadas concentraciones de Cu, Hg, Au y Total S asociados a la mina Mantos de Punitaqui. Por lo tanto, los resultados permiten concluir que la ocurrencia anómala de metales pesados en los sedimentos tienen un origen natural, antrópico o mixto, correspondientes a los procesos de lixiviación tanto de cuerpos mineralizados, como lixiviación de materiales de descarte asociados a yacimientos metálicos y plantas de beneficio que son explotados por la pequeña y mediana minería. La toxicidad de los sedimentos se determinó comparando los resultados con parámetros internacionales. Los resultados mostraron que en diversas localidades de la cuenca, las concentraciones de Cu, Cd, Hg, As, Zn y Cr, son superiores a los máximos recomendados, razón por la cual existe una alta probabilidad de que en algunos sectores de la cuenca, los ecosistemas asociados se vean afectados en forma negativa.