Para documentar níveis de doença bucal no Brasil, e avaliar determinantes da experiência de cárie, estudou-se a condição dentária de 26.641 crianças de cinco anos de idade, conforme dados fornecidos por um levantamento nacional de saúde bucal realizado em 2002-3, compreendendo 250 cidades. A prevalência de cárie não tratada foi associada a características sociodemográficas das crianças examinadas e condições geográficas das cidades participantes, através de análise multinível. As regiões brasileiras com melhores indicadores sociais apresentaram perfil mais favorável de saúde bucal. Crianças negras e pardas, e aquelas estudando em áreas rurais e em pré-escolas públicas, apresentaram chance significantemente mais elevada de terem dentes decíduos cariados não tratados. O perfil de saúde bucal das cidades foi associado com a adição de flúor à água de abastecimento público, a proporção de domicílios ligados à rede de águas e o Índice de Desenvolvimento Humano. A experiência de cárie dentária é suscetível a desigualdades sociodemográficas e geográficas; o monitoramento dos contrastes em saúde bucal é relevante para a programação de intervenções socialmente apropriadas, dirigidas a melhorias globais e ao direcionamento de recursos para grupos de população com níveis mais elevados de necessidades.