Les eaux souterraines constituent la principale source d’approvisionnement en eau potable des populations du sous bassin de l’Oti supérieur. Cependant, l’exploitation incontrôlée de cette ressource peut entrainer sa détérioration sur le plan qualitatif. L’objectif de la présente étude est de comprendre les mécanismes de minéralisation des eaux souterraines du sous bassin de l’Oti supérieur en vue de son exploitation rationnelle. L’étude s’est basée sur les résultats de l’analyse de 73 échantillons d’eau souterraine par les méthodes de la spectrophotométrie et de la titrimétrie. L’hydrogéochimie classique couplée aux analyses statistiques multivariées sont appliquées aux résultats d’analyses obtenus. Les résultats montrent que ces eaux présentent une minéralisation importante, avec la prédominance du faciès NA-HCO3. Dans l’ensemble, elles sont de bonne qualité chimique sauf au niveau de trois forages où les teneurs en nitrates dépassent les normes de potabilité de l’OMS pour l’eau de boisson. Les processus d’hydrolyse des silicates, d’échanges de bases, de dissolution des minéraux carbonatés et faiblement de la pollution anthropique contrôlent la minéralisation des eaux souterraines du sous bassin de l’Oti supérieur.