Heterotalismus (z jiného řeckého ἕτερος – „různý“ a θαλλός – „větev“) – dvoudomost a vlastní neslučitelnost, charakteristická pro mnoho hub a některé řasy.
Fenomén heterotalismu objevil americký genetik A.F.Blaxley v roce 1904 ve své práci s mucor houbami. Blaxley považoval heterotalismus za obdobu dvoudomosti u rostlin. Označoval morfologicky nerozlišitelné kmeny stejného druhu, lišící se pohlavím, se znaménkem plus (+) a znaménkem mínus (−).
Podle H. Whitehouse (1949) se rozlišuje morfologický a fyziologický heterotalismus. V prvním případě mají jedinci dvoudomých kmenů morfologicky diferencované pohlavní orgány, ve druhém případě nejsou morfologické rozdíly mezi pohlavími.
Je proti homotalismu – fenoménu sebekompatibility.