Fitoplankton merupakan organisme yang sangat dipengaruhi oleh perubahan kualitas air. Fitoplankton dapat dijadikan sebagai indikator untuk mengevaluasi kualitas dan tingkat kesuburan suatu perairan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui keanekaragaman fitolankton dan hubungannya dengan kualitas air di Sungai Aek Pohon Kabupaten Mandailing Natal Provinsi Sumatera Utara. Penelitian dilaksanakan bulan Agustus-Oktober 2021 menggunaan metode purposive sampling dengan melihat pemanfaatan dan perbedaan kondisi lingkungan disekitar Sungai Aek Pohon pada 3 stasiun pengamatan. Kualitas Sungai Aek Pohon Kabupaten Mandailing Natal berdasarkan metode storet memenuhi baku mutu air sungai pada stasiun I dan III dengan nilai storet yaitu 0. Stasiun II dengan nilai storet yaitu -2 dikategorikan tercemar ringan. Berdasarkan indeks saprobik fitoplankton Sungai Aek Pohon dikelompokkan kedalam βMeso/Oligosaprobik dengan nilai saprobitas 1,1 dan termasuk kedalam perairan dengan kondisi tercemar ringan. Nilai keanekaragaman fitoplankton menunjukkan bahwa seluruh stasiun termasuk kedalam keanekaragaman sedang nilai keanekaragaman pada stasiun I yaitu 2,538, stasiun II yaitu 2,886 dan stasiun III yaitu 2,878. Hasil principal component analysis menunjukkan suhu, pH, DO, fosfat dan nitrat berkorelasi positif terhadap keanekaragaman fitoplankton dengan masing-masing nilai korelasi 0,417; 0,411; 0,081; 0,346 dan 0,433. Hubungan kecerahan dan kecepatan arus berkorelasi negatif (tidak searah) terhadap keanekaragaman fitoplankton dengan masing-masing nilai korelasi-0,052 dan -0,297.