En el contexto del cambio climático y la intensificación de las actividades poblacionales, las diferencias en los recursos hídricos regionales son los principales impulsores que conducen al desarrollo desequilibrado de estos recursos. Este problema puede abordarse explorando las diferencias espaciales y los patrones espacio-temporales. Basado en las tendencias espacio-temporales de la producción de granos, la economía social, la población y los recursos hídricos en la cuenca del río Tarim desde 2005 hasta 2020, este artículo utiliza el modelo de situación de acoplamiento del centro de gravedad para analizar la tendencia evolutiva del centro de gravedad, la superposición espacial y el grado de acoplamiento espacio-temporal para cada índice. Los resultados muestran lo siguiente: (1) La distribución espacio-temporal de la producción de granos fue mayor en el este que en el oeste. La producción de granos aumentó un 18.10% en toda la cuenca, y la tasa de migración del centro de gravedad (CG) fue de 16.61 km/a. (2) La distribución espacio-temporal de la economía fue mayor en el sur que en el norte, con una migración acumulativa de 323.10 km hacia el suroeste. Durante el período de estudio, la población se mantuvo concentrada en la porción occidental de la cuenca, aumentando un 25.18% en comparación con la población anterior a 2005. El rango de variación espacial de los recursos hídricos totales fue pequeño, mostrando una tendencia de aumento lento de oeste a este. (3) La superposición entre el PIB y la población se intensificó, con el acoplamiento mostrando una tendencia de aumento lento. La superposición de los recursos hídricos y el espacio de granos también aumentó y el índice de consistencia fue alto. De 2011 a 2020, el índice de consistencia promedio fue de 0.594 y el grado de acoplamiento de los dos factores se intensificó. Al combinar la producción de granos, la economía, la población y los recursos hídricos con el modelo de centro de gravedad, este artículo revela las diferencias espaciales de los factores relevantes en la cuenca del río Tarim, proporcionando un importante valor de referencia para el desarrollo socioeconómico regional y la asignación racional de los recursos hídricos.