En los ecosistemas acuáticos se monitorea el agua para determinar sus variaciones espacio-temporales, generando grandes y complejas matrices de datos que requieren herramientas que ayuden en la interpretación de los mismos, para que los administradores de los recursos hídricos puedan informar a la sociedad el deterioro de estos y tomar medidas correctivas. El presente artículo es una revisión de tema cuyo objetivo es el examen de técnicas estadísticas multivariadas usadas para examinar la variabilidad espacio-temporal de la calidad del agua. En él se presentan diversas técnicas como el análisis factorial, que se usa con el fin de disminuir la dimensionalidad de los datos y construir factores subyacentes o variables latentes que generen las variables observadas, estos factores pueden usarse e interpretarse como índices de calidad del agua construidos a partir de los datos recolectados; también se presenta en análisis de clúster y el análisis discriminante que se usan comúnmente para estudiar la variabilidad espacial, estudiando similaridades entre períodos o estaciones de muestreo, estas tres técnicas se usan comúnmente con fines exploratorios; para objetivos más complejos como el modelamiento y la predicción, se presentan los modelos jerárquicos, de regresión múltiple y de ecuaciones estructurales. Para todos los métodos se presenta su funcionalidad y aplicabilidad y se ilustran usando casos de estudio. Esta revisión describe cómo estos métodos pueden utilizarse con miras a estudiar la calidad del agua con el fin de monitorear espacial y temporalmente la variabilidad de las medidas tomadas.