Foi realizado um estudo tanto quantitativo quanto qualitativo acerca do fenômeno de mistura e segregação no interior de um tambor rotatório induzido pelas diferenças de diâmetro e densidade das partículas. Um índice de segregação e uma taxa de segregação adequados foram empregados para quantificar a dinâmica de mistura. Simulações numéricas baseadas no modelo Euleriano Granular Multifásico foram realizadas e comparadas com dados experimentais sob as mesmas condições. A segregação de partículas no interior do tambor se mostrou significativamente dependente das condições operacionais e propriedades físicas do material particulado. Observou-se uma satisfatória correspondência entre o experimental e o simulado, podendo este ser utilizado para um melhor entendimento dos principais mecanismos envolvidos no processo de mistura em tambores rotatórios.