La presente tesis analiza el desarrollo socioeconómico del Valle del Mezquital entre 1985 y 2020, así como su relación con los recursos hídricos. Se presenta el estudio de la evolución histórica del desarrollo municipal (1985–2020) y los escenarios futuros de demanda y transformación energética (2015–2050), así como su relación con la disponibilidad hídrica en la región mediante técnicas de análisis multivariado y algoritmos de agrupamiento (t-SNE y k-medias), y la identificación de coincidencias espaciales para asociar la disponibilidad hídrica. Se modeló la demanda energética del año base 2015 en cuatro sectores mediante el software LEAP, y se exploran escenarios futuros que consideran la incorporación de energías renovables en la generación eléctrica. Finalmente, se cuantifican indicadores del nexo agua-energía para los escenarios con el objetivo de evaluar la sostenibilidad del Nexo Agua-Energía. Los resultados obtenidos identificaron patrones de desarrollo socioeconómico en municipios del Valle del Mezquital (1985–2020), asociados a la disponibilidad de agua residual mediante una nueva metodología. Se evidenció un alto crecimiento industrial, con Tula, Atotonilco de Tula e Ixmiquilpan como polos más importantes, y una disminución del empleo del sector primario a pesar del aumento del área de riego agrícola. Las disparidades municipales reflejan una brecha entre crecimiento económico y bienestar social. Se prevé un aumento del 129% en la demanda energética del Valle del Mezquital para 2050, liderado por el sector industrial, mientras que las emisiones de GEI totales podrían triplicarse comparado con el año 2015, alcanzando 4.44 Mt en el escenario inercial. Medidas de mitigación como la implementación de calentadores solares y luminarias LED en el sector residencial; y la cogeneración industrial para reducir el consumo energético, así como las emisiones. La intensidad energética del uso del agua en el sector industrial se incrementaría en un 49.5 % hacia 2050, pero la adopción de sistemas de cogeneración podría reducirlo hasta 48.9 %. En el sector residencial, la implementación de tecnologías como calentadores solares permitiría disminuir el indicador un 46 %. Por otro lado, la intensidad hídrica asociada a la generación eléctrica disminuiría en un 56.6 % hacia 2030, gracias a la incorporación de tecnologías más eficientes como el ciclo combinado y fuentes de energía renovable.