Pencemaran limbah domestik dan industri di Sungai Asem berpotensi memengaruhi kualitas air tanah di sekitar aliran sungai. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengidentifikasi jenis interaksi yang terjadi antara air tanah dan air permukaan di Sungai Asem. Metode yang digunakan adalah analisis statistik yang meliputi analisis deret waktu, analisis korelasi, analisis komponen utama, dan analisis klaster. Pengamatan dilakukan pada lima penampang yang meliputi air tanah di sisi kanan aliran sungai, air sungai, dan air tanah di sisi kiri aliran sungai. Parameter yang diukur meliputi pH, suhu, total padatan terlarut, dan daya hantar listrik. Berdasarkan hasil analisis deret waktu, dapat dinyatakan bahwa terdapat kesamaan pola fluktuasi parameter antara air tanah dan air sungai. Kesamaan pola fluktuasi ini dibuktikan melalui analisis korelasi yang menunjukkan hubungan yang kuat. Berdasarkan hasil analisis komponen utama, dapat ditunjukkan bahwa variasi kualitas air dikendalikan oleh total padatan terlarut dan daya hantar listrik dengan kontribusi kumulatif sebesar 93,16%. Berdasarkan hasil analisis klaster, dapat ditunjukkan bahwa interaksi antara air tanah dan air sungai terjadi dengan intensitas yang relatif rendah sehingga identitas masing-masing sumber air masih dapat dibedakan. Secara umum, dapat disimpulkan bahwa terdapat interaksi antara air tanah dan air permukaan dengan domain jenis interaksi adalah air sungai mengisi air tanah.