Os recursos hídricos podem constituir o destino final de diversos poluentes oriundos da atividade antrópica. Acidentes ambientais, como o derramamento de cerca de quatro milhões de litros de petróleo ocorrido em 2000 no Arroio Saldanha, Paraná, Brasil, agrava ainda mais a problemática ambiental. Biomarcadores vem sendo utilizados para avaliar os efeitos dos poluentes em organismos aquáticos. Este estudo avaliou a qualidade da água em três pontos: Arroio Saldanha, tributário do Rio Barigui, ponto zero do derramamento de petróleo, a montante e a jusante do local de derramamento de petróleo, situados no Rio Barigui, através de exposição de 96 horas de Astyanax sp., utilizando biomarcadores bioquímicos e morfológicos e análises químicas da água. A água foi coletada nos três pontos e levado ao laboratório para realização dos bioensaios. Os bioensaios foram realizados com um grupo controle (água reconstituída) e duas concentrações da água teste (100 e 50%) de cada ponto de coleta. Os biomarcadores bioquímicos analisados foram as atividades da acetilcolinesterase (AChE) no músculo, etoxiresorufina-O-deetilase (EROD), catalase (CAT), glutationa S-transferase (GST) e lipoperodoxidação (LPO) no fígado dos peixes. Análises histopatológicas foram realizadas nas brânquias e fígado. Nas análises químicas foram encontrados hidrocarbonetos policíclicos aromáticos, metais e surfactantes nas águas analisadas. As atividades específicas da CAT e da GST aumentaram (P<0.05) nos peixes expostos às concentrações testadas do Arroio Saldanha, enquanto à jusante e à montante do ponto de derramamento de petróleo observou-se aumento somente das atividades específicas da CAT e LPO (P<0,0001), sugerindo estresse oxidativo nos peixes expostos a essas águas. A atividade da EROD não foi significativamente diferente do grupo controle (P>0,05). O aumento da LPO nos peixes expostos às águas à jusante e à montante do local de derramamento de petróleo, sugere que os peixes estão expostos a xenobióticos que formam radicais livres e que, provavelmente, o sistema de defesa antioxidante está deficiente, acarretando danos às membranas e a outros constituintes celulares. As análises histológicas nos peixes expostos às águas teste mostraram em todos os pontos e nas concentrações analisadas, alterações nas brânquias, tais como aneurismas, fusão lamelar e necrose, enquanto no fígado necrose, infiltração leucocitária e centros de melanomacrófagos. Os resultados encontrados sugerem que a área do derramamento de petróleo ainda não foi totalmente biorremediada, e que a sua montante e jusante sofrem de contaminação crônica, uma vez que existe atividade industrial adjacente.