Trong phát sinh chủng loại học, khóa lưỡng phân (tiếng Anh: single-access key, dichotomous key, sequential key, analytical key,[1] pathway key) là khóa nhận dạng (Identification key) trong đó trình tự và cấu trúc của các bước nhận dạng do tác giả của chiếc khóa đó quy định. Tại mỗi thời điểm của quá trình quyết định, nhiều lựa chọn thay thế được đưa ra, mỗi lựa chọn dẫn đến một kết quả hoặc một lựa chọn khác. Các lựa chọn thay thế thường được gọi là "đầu mối" (leads) và tập hợp các đầu mối tại một điểm nhất định là một "cặp" (couplet).Các khóa lưỡng phân có liên quan chặt chẽ đến cây quyết định hoặc cây tìm kiếm nhị phân tự cân bằng (Self-balancing binary search tree). Tuy nhiên, để nâng cao khả năng sử dụng và độ tin cậy của các khóa, nhiều khóa lưỡng phân kết hợp mắt lưới, thay đổi cấu trúc cây thành một biểu đồ đường vòng được định hướng (Directed acyclic graph, DAG). Các khóa lưỡng phân đã được sử dụng trong vài trăm năm.[2] In các khóa này theo nhiều kiểu khác nhau (ví dụ: được liên kết, lồng vào nhau, thụt lề, phân nhánh bằng đồ họa) hoặc được sử dụng dưới dạng tương tác.