As características hidrogeológicas de uma bacia são fundamentais para fomentar seu sistema de gestão. A estimativa de parâmetros hidrogeológicos tais como: nível do lençol freático, teor de umidade e estratigrafia do local são essenciais nas mais diversas áreas de aplicação. Dentre os métodos geofísicos de investigação rasas o Radar de Penetração no Solo (Ground Penetrating Radar – GPR) ou simplesmente Georadar tem se destacado, principalmente em estudos de caráter ambiental. A utilização deste equipamento na caracterização hidrogeológica de uma bacia experimental, avaliando profundidade e movimento da água no solo assim como os horizontes e camadas mais superficiais, pode se tornar uma boa ferramenta de análise para fins de gestão. Este trabalho teve como objetivo geral é realizar uma caracterização hidrogeológica de uma bacia hidrográfica experimental localizada no município de Varre-Sai, utilizando GPR. Tendo como objetivos específicos: avaliar a profundidade do lençol freático; comparar o comportamento do lençol freático nas diferentes áreas estudadas; identificar os diferentes horizontes e camadas presentes no solo e estimar o teor de umidade do solo através de método indireto. Foram realizados nesta bacia 8 linhas de varreduras com GPR, distribuídas ao longo de duas vertentes e uma área de várzea. O uso do GPR permitiu mapear a profundidade do lençol freático na área de várzea da bacia experimental, o que não foi possível nas áreas de vertentes. As correlações dos dados obtidos com GPR com os dos poços de observações, perfis e descrição morfológica dos solos, bem como a análise integrada da paisagem utilizando o modelo digital do terreno (MDT) foram essências nas interpretações dos resultados. Os fatores antrópicos, o tipo de solo, alto teor de argila, zonas com alto teor umidade e a topografia prejudicaram de forma significativa a identificação do lençol freático e os horizontes do solo. Os dados GPR e interagindo com método de CRIM, pode se tornar uma alternativa em estudos de teor de umidade em solos.