Permasalahan marine debris di Daerah Aliran Sungai (DAS) Brantas berdampak signifikan terhadap kualitas lingkungan perairan dan keberlanjutan ekosistem perikanan di wilayah hilir dan pesisir. Permasalahan ini tidak hanya dipengaruhi oleh peningkatan timbulan sampah, tetapi juga oleh interaksi kompleks antara faktor ekologis, ekonomi, sosial, dan kelembagaan. Penelitian ini bertujuan untuk memahami struktur sistem dan hubungan sebab–akibat yang membentuk dinamika tersebut menggunakan pendekatan system thinking. Penelitian dilakukan secara kualitatif dengan memanfaatkan studi literatur, observasi lapangan, dan wawancara dengan berbagai pemangku kepentingan terkait. Analisis dilakukan melalui pemodelan Causal Loop Diagram (CLD) untuk mengidentifikasi pola umpan balik yang memengaruhi sistem. Hasil penelitian menunjukkan adanya empat sub-sistem utama—Nilai Ekonomi, Kebijakan dan Regulasi, Community Involvement, dan Ekosistem Perikanan—yang saling berinteraksi melalui 6 reinforcing loops dan 5 balancing loops. Struktur umpan balik tersebut menjelaskan mengapa degradasi lingkungan dan tekanan terhadap perikanan cenderung bersifat persisten. Pendekatan CLD efektif dalam mengungkap kompleksitas hubungan kausal, namun masih memiliki keterbatasan dalam menentukan prioritas dan besaran intervensi. Oleh karena itu, integrasi dengan data kuantitatif diperlukan untuk mendukung perumusan kebijakan pengelolaan yang lebih terukur dan berkelanjutan.