火星二元结构（dichotomy of Mars），理学-地质学/地质资源与地质工程-地球化学-比较行星学-〔火星地质〕，火星南北半球显著不同的特征。在地形地貌上，北半球呈洼地，撞击坑不明显或很浅；而南半球呈高地，撞击坑明显且多。此外，火星上的最大火山隆起，即萨西斯隆起，正好位于南北半球交界区域。火星表面的剩磁强度南半球显著高于北半球，并且磁极变化表现出条带趋势。基于火星重力的探测数据显示，火星壳的模式厚度分布与地形地貌呈明显的相关性，北部火星壳的平均厚度约32千米，南半球火星壳的平均厚度58千米。火星轨道中子仪的探测表明，明显的H信号主要分布在南半球高地。火星轨道上可见和红外光谱仪的探测表明，黏土矿物、碳酸盐类矿物、石膏等硫酸盐，以及氯化物盐类等主要发现于南半球高地区域。撞击坑分布的密度与天体表面年龄相关，撞击坑越多且大，年龄则越古老。因此，早期认为火星南半球较北半球更为古老。但是，高空间分辨的探测表明，火星北半球的撞击坑实际受到了充填，火星北半球实际上也非常古老。对火星地形地貌的分析表明，北半球洼地实际上是一个椭圆形的盆地。模拟计算表明，该撞击盆地由一次强烈的倾斜撞击产生。