Este trabalho teve como objetivo investigar, por abordagem arqueométrica integrada e não destrutiva, a composição químico-mineralógica e a variabilidade composicional dos pigmentos vermelhos presentes em pinturas rupestres de sítios arqueológicos do município de Inhuma, Piauí, buscando compreender aspectos relacionados à natureza dos materiais pictóricos, às diferenças entre os conjuntos analisados e aos processos de alteração que afetam sua conservação. Foram empregadas fluorescência de raios X portátil (pXRF), espectroscopia Raman, microscopia digital, processamento de imagens por DStretch® e análise quimiométrica por Análise de Componentes Principais (PCA). A caracterização dos pigmentos evidenciou a presença recorrente de ferro nas áreas pintadas, enquanto a espectroscopia Raman identificou a hematita (α-Fe₂O₃) como principal fase mineral responsável pela coloração vermelha. Quartzo e anatásio foram associados predominantemente ao suporte arenítico, enquanto a identificação de anidrita (CaSO₄), em concordância com a presença de Ca e S por pXRF, indicou processos de formação de eflorescências salinas. A microscopia revelou diferenças na distribuição e penetração dos pigmentos no substrato, sugerindo variações na consistência e na forma de aplicação do material pictórico. A ampliação da análise elementar para seis sítios, associada ao tratamento multivariado dos espectros de pXRF, permitiu avaliar tendências de similaridade e diferenciação composicional. O Fe constituiu a principal variável relacionada aos pigmentos vermelhos, enquanto Zr, Si, K, P e S contribuíram para a discriminação das amostras nos diferentes modelos de PCA. O filtro Light apresentou maior sensibilidade às variações envolvendo elementos leves, e o modelo baseado nas intensidades máximas dos picos elementares proporcionou a separação mais evidente entre determinados conjuntos de sítios. Em conjunto, os resultados demonstram que a integração entre técnicas espectroscópicas, microscópicas e quimiométricas permite caracterizar os materiais pictóricos, reconhecer interferências do substrato e de produtos de alteração e identificar variabilidade composicional entre sítios rupestres de Inhuma, fornecendo subsídios para estudos arqueométricos comparativos e ações de conservação.