Kelelahan kerja merupakan kondisi pekerja yang melemah untuk melakukan suatu pekerjaan dan berdampak pada penurunan produktivitas kerja. Faktor pemicu kelelahan kerja meliputi faktor internal (usia, jenis kelamin, posisi kerja) dan faktor eksternal (beban kerja, lama kerja, masa kerja, shift kerja dan lingkungan kerja). Tujuan penelitian adalah menganalisis shift kerja dan beban kerja mental dengan kelelahan kerja pada operator IPA di Perumdam Muara Tirta Kota Gorontalo menggunakan metode NASA-TLX dan SOFI. Jenis penelitian observasional analitik dengan desain cross sectional study. Populasi seluruh operator IPA di Perumdam Muara Tirta Kota Gorontalo. Jumlah sampel diperoleh menggunakan teknik exhaustive sampling sebanyak 39 orang. Instrumen penelitian menggunakan kuesioner NASA-TLX dan SOFI. Data dianalisis menggunakan uji korelasi rank spearman. Hasil penelitian shift kerja operator IPA menggunakan sistem shift rotasi cepat. Beban kerja mental paling banyak kategori sedang sebanyak 20 operator IPA (51,3%) dan kelelahan kerja paling banyak kategori sedang sebanyak 26 operator IPA (66,7%). Ada hubungan kuat antara shift kerja dengan kelelahan kerja (ρ-value = 0,000; r = 0,653) dan ada hubungan cukup kuat antara beban kerja mental dengan kelelahan kerja (ρ-value = 0,008; r = 0,417). Disarankan operator IPA dapat menyesuaikan jam kerja dengan baik terhadap tuntutan tugas dan tanggung jawab diluar pekerjaan. Kata Kunci: Kelelahan, Shift, Beban Mental