Introdução: A mortalidade neonatal se constitui importante componente para avaliação da situação de saúde de um território, pois parcela expressiva dos óbitos infantis está concentrada nos primeiros 28 dias de vida. Isso evidencia a importância de se considerar situações de vulnerabilidade social, uma vez que estas repercutem nas condições do parto e na saúde da criança, aumentando o risco de baixo peso, prematuridade e morte do recém-nascido. Objetivos: Identificar o padrão temporal e os fatores associados à mortalidade neonatal no estado do Piauí. Metodologia: Estudo ecológico que considerou todos os casos de morte de crianças menores de 28 dias de vida ocorridos no Piauí de 2007 a 2017 e cuja notificação se deu por meio do Sistema de Informação sobre Mortalidade (SIM). Os dados foram obtidos no sítio eletrônico do Departamento de Informática do Sistema Único de Saúde (DATASUS). Para análise da evolução temporal utilizou-se o software Joinpoint Regression Program v.4.6.0.0. Nele foram realizadas regressões por joinpoints considerando a variação percentual anual e significância da mudança de tendência. Para a análise multivariada, utilizou-se o software STATA v.12 para ajustar um modelo de regressão linear múltipla (Ordinary Least Squares). Para ambos os testes considerou-se um nível de significância de 5%. Resultados: No período analisado foram registrados 6.651 óbitos neonatais no Piauí. A taxa de mortalidade média foi de 13,32 óbitos por mil nascidos vivos. A mortalidade neonatal não apresentou nenhum ponto de inflexão (joinpont), isto é, a reta gerada apresentou apenas um segmento. De 2007 a 2017 houve decréscimo significativo de 3,0% (Intervalo: -3,8 – -2,3) das taxas de mortalidade e o modelo não precisou ser ajustado para acrescentar joinpoints. Foram identificados como fatores preditores da mortalidade neonatal no Piauí a Taxa de analfabetismo no sexo feminino (-0,73[-1,28 - -0,18]; p=0,003), Cobertura da Estratégia Saúde da Família (ESF) (-2,98[-5,30 - -0,66]; p=0,014) e o Índice de Desenvolvimento Humano Municipal (IDHM) (-104,88 [-162,72 - -47,03]; p=0,001). Conclusões: Embora a mortalidade neonatal tenha apresentado decréscimo estatisticamente significativo ao longo dos anos analisados, faz-se necessário que intervenções estruturais sejam instituídas sobre os determinantes sociais deste problema no território piauiense, com o intuito de reduzir a taxa de analfabetismo entre mulheres, aumentar a cobertura da ESF, bem como elevar o IDHM.