Data yang memiliki rasio yang tidak berimbang antara data satu dengan data lainnya dapat dikatakan sebagai imbalanced. Metode Synthetic Minority Oversampling Technique (SMOTE) merupakan metode yang populer diterapkan dalam rangka menangani imbalanced. Pada penelitian ini penulis ingin membandingkan model data sebelum dan data sesudah dilakukan oversampling menggunakan analisis regresi logistik berganda. Data yang digunakan adalah data sekunder dari hasil Survei Demografi dan Kesehatan (SDKI) tahun 2017. Variabel respon (dependent) yang digunakan adalah balita mengalami diare dalam dua minggu terakhir sebelum pencacahan. Variabel penjelas dikelompokkan menjadi dua yaitu faktor sosio-demografi dan faktor lingkungan. Variabel penjelas yang termasuk ke dalam faktor sosio-demografi antara lain jenis kelamin balita, umur balita, umur ibu, dan tingkat pendidikan ibu. Sedangkan variabel penjelas yang merupakan faktor lingkungan antara lain sumber air minum, jenis fasilitas toilet, jenis lantai rumah utama, dan daerah tempat tinggal. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan bahwa penerapan metode SMOTE sangat tepat digunakan untuk meningkatkan keakurasian analisis regresi logistik berganda serta dapat menghindari terjadinya overfitting pada data diare balita di Indonesia tahun 2017 yang memiliki karakteristik imbalanced (rasio tidak berimbang).