La mobilisation des éléments de terres rares (ETR) dans les écosystèmes aquatiques devrait augmenter de manière significative en raison de l’exploitation accrue, de l’érosion et des changements climatiques. Cette situation a conduit à un intérêt croissant pour l’étude de leur devenir environnemental. Cependant, notre capacité à évaluer les risques de contamination chez les organismes d’eau douce demeure limitée, en raison du manque de données sur la composition et l’accumulation des ETR. Comprendre comment les organismes bioaccumulent les ETR nécessite une connaissance de leurs conditions environnementales, des voies d’exposition et des caractéristiques écologiques — des domaines encore peu explorés. Dans cette étude, nous avons examiné le devenir des ETR dans les compartiments abiotiques (eau, sédiments en suspension et sédiments) et biotiques (invertébrés et poissons) du fleuve Saint-Laurent (Canada), en identifiant les principaux facteurs influençant leur accumulation et leur composition relative. Les résultats confirment un phénomène de biodilution des ETR le long de la chaîne alimentaire, avec des concentrations plus élevées dans les sédiments en suspension (ETR = 76,1–241,4 μg g⁻¹) et dans les sédiments totaux (ETR = 4,2–204,2 μg g⁻¹). Les sédiments à grains fins présentaient des concentrations plus élevées, avec un enrichissement relatif en ETR moyens, probablement en raison de l’adsorption des ETR sur des minéraux contenant du fer ou du manganèse. Les invertébrés non prédateurs ingérant des sédiments en suspension, comme les larves d’Éphéméroptères et de Diptères, présentaient des concentrations plus élevées en ETR que les espèces filtreuses (moules, polychètes) et les poissons. De plus, certains amphipodes affichaient des concentrations anormalement élevées en gadolinium (Gd/Gd∗ = 5,7 ; 2,6 ; 2,0), possiblement d’origine anthropique à proximité de l’île de Montréal. Chez les poissons, seuls les ETR légers s’accumulaient dans le foie. Des modèles de régression multiple ont révélé que la longueur des poissons et la concentration d’ETR dans l’eau environnante — sous forme dissoute ou ionique libre — influençaient leurs niveaux d’accumulation. Enfin, les espèces benthivores comme Moxostoma spp. et Ictalurus punctatus accumulaient davantage d’ETR comparativement aux espèces piscivores comme Sander spp., reflétant des différences de comportement alimentaire et de niveau trophique. Dans l’ensemble, ces résultats fournissent un éclairage sur la variabilité des concentrations et de la composition des ETR chez les organismes, probablement liée à leurs conditions environnementales et à leurs caractéristiques écologiques