El agua es un elemento indispensable para las personas, así como para el sostenimiento de la vida en el planeta. De esta forma, debido a la contaminación que puede sufrir el agua de tipo químico o biológico, es necesario tener conocimiento sobre su disponibilidad en función de sus características de calidad. En consecuencia, los modelos estadísticos son el medio pertinente para realizar una evaluación y estimaciones futuras sobre la calidad de las aguas superficiales. Por tanto, el presente trabajo va encaminado a formular un modelo estadístico que permita determinar el grado de contaminación de las aguas del estero El Macho, ubicado en la ciudad de Machala, provincia de El Oro. La metodología aplicada fue de tipo básico, ya que se realizó una búsqueda de fundamentos teóricos que permitan profundizan en la modelación estadística para estudios de calidad del agua. El diseño de la investigación es correlacional bajo un modelo estadístico multivariante de regresión lineal múltiple. El modelo de regresión lineal múltiple unificado concluyó que la demanda bioquímica de oxígeno determina en forma significativa la calidad del agua del estero, de acuerdo al parámetro químico demanda química oxígeno y el parámetro físico sólidos disueltos totales. El coeficiente de determinación indica que estas variables explican el 99,9% de la variación de la variable dependiente.