Heterotalisme (fra andre græske ἕτερος - "forskellige" og θαλλός - "gren") - dioeciousness og selv-inkompatibilitet, karakteristisk for mange svampe og nogle alger.
Fænomenet heterothallisme blev opdaget af den amerikanske genetiker A.F. Blaxley i 1904 i hans arbejde med mucor- svampe. Blaxley anså heterohallisme for at være analog med dioeciousness i planter. Det betegnede morfologisk udskillelige stammer af den samme art, der adskiller sig i køn, med et plustegn (+) og et minustegn (-).
Ifølge H. Whitehouse (1949) skelnes der mellem morfologisk og fysiologisk heterohallisme. I det første tilfælde har individer af toeboerstammer morfologisk differentierede kønsorganer; i det andet tilfælde er der ingen morfologiske forskelle mellem kønnene.
Det er i modsætning til homohallisme - fænomenet selvkompatibilitet.