Heterotallismi ( muista kreikkalaisista sanoista ἕτερος - "erilainen" ja θαλλός - "oksa") - kaksitaloisuus ja itsesopimattomuus, ominaisuus monille sienille ja joillekin leville.
Amerikkalainen geneetikko A.F. Blaxley havaitsi heterotallismin ilmiön vuonna 1904 limasieniä koskevassa työssään . Blaxley piti heterotalismia analogisena kasvien kaksikotisuudelle . Se merkitsi morfologisesti erottamattomia saman lajin kantoja, jotka eroavat sukupuolensa suhteen plusmerkillä (+) ja miinusmerkillä (−).
H. Whitehousen (1949) mukaan erotetaan morfologinen ja fysiologinen heterotalismi. Ensimmäisessä tapauksessa kaksikotisten kantojen yksilöillä on morfologisesti erilaistuneet sukuelimet, toisessa tapauksessa sukupuolten välillä ei ole morfologisia eroja.
Se vastustaa homotalismia - itsensä yhteensopivuuden ilmiötä.