Una comprensión integral de las relaciones de compensación/sinergia de los servicios ecosistémicos (SE) se ha vuelto cada vez más importante para la gestión ecológica y el desarrollo sostenible. Este estudio utilizó la región del Delta del Río Yangtsé (DRY) en China como área de estudio e investigó los cambios espaciotemporales en tres SE, a saber, almacenamiento de carbono (AC), purificación de agua (PA) y calidad del hábitat (QH). Se desarrolló un indicador de grado de compensación/sinergia (DCS) que permitió cuantificar la intensidad de la compensación/sinergia y analizar el patrón espacial del DCS entre los SE en la región del DRY. Además, se utilizó un modelo de regresión geográficamente ponderada (RGP) para analizar la relación entre los factores influyentes y las compensaciones/sinergias. Los resultados revelaron que el AC, la PA y la QH disminuyeron en un 0.28%, 2.49% y 3.38%, respectivamente, de 2005 a 2015. El indicador DCS mostró que las relaciones de compensación/sinergia y sus magnitudes eran espacialmente heterogéneas en toda la región del DRY. Los coeficientes de los factores naturales y socioeconómicos obtenidos del RGP indicaron que sus impactos en las compensaciones/sinergias varían espaciotemporalmente. Los factores de impacto tuvieron efectos tanto positivos como negativos en las compensaciones/sinergias. Los hallazgos de este estudio podrían mejorar la comprensión de la dinámica espaciotemporal de las compensaciones/sinergias y sus correlaciones espacialmente heterogéneas con factores relacionados.