Proses optimasi multi respon merupakan suatu usaha untuk mendapatkan kualitas produk terbaik dengan mempertimbangkan beberapa karakteristik produk secara simultan. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji penerapan optimasi multi respon pada bidang teknologi pascapanen produk pepaya. Proses optimasi dilakukan untuk mendapatkan komposisi tingkat kematangan dan suhu penyimpanan yang memaksimumkan kadar air dan meminimumkan tingkat kekerasan. Terdapat tiga tingkat kematangan pepaya yang dicobakan, yaitu 0%, 10% dan 25%. Penyimpanan pepaya dilakukan pada suhu ruang dan pada lemari pendingin dengan suhu 10°C dan 15°C. Analisis data dilakukan dengan overlaid surface plot dan desirability function. Hasil yang diperoleh adalah pepaya dengan semburat 14.9% yang disimpan pada suhu ruang 25°C. Nilai optimal kadar air yang diperoleh adalah 88.8493 dan tingkat kekerasan 0.2358.