Estudos de potencial produtivo, principais grupos de fitoplâncton, variações espaço-sazonais e fatores ambientais determinantes são essenciais na elaboração de estratégias de conservação de estuários. Este trabalho teve o objetivo de analisar a variação espaço-sazonal do fitoplâncton e sua interação com os parâmetros ambientais no canal do rio Palmital (baía da Babitonga - SC). Na área de canal do rio, foram realizadas 4 campanhas (maio, agosto, novembro de 2009; e fevereiro de 2010) em três pontos. Os estratos de superfície e de fundo foram analisados quanto à composição e abundância do fitoplâncton, nutrientes dissolvidos, temperatura, salinidade e transparência. O fitoplâncton teve como componentes dominantes as diatomáceas penadas e cêntricas, seguidas por dinoflagelados e cianofíceas. As espécies Skeletonema costatum e Odontella sinensis foram as mais abundantes, principalmente no verão. Outros gêneros numericamente importantes foram Coscinodiscus, Cyclotella, Thalassionema, Navicula, Pleurosigma, Actinoptychus e Diploneis. Grande quantidade de táxons bênticos registrados neste estudo deve-se à baixa profundidade associada à circulação local. No verão, ocorreu um “bloom” de S. costatum. Correlações significativas entre as variáveis ambientais e a abundância do fitoplâncton foram observadas neste trabalho pioneiro na área do rio Palmital, o que sugere mais estudos.