Uma chave dicotômica é uma série de perguntas sobre um organismo. As questões são apresentadas em pares e organizadas de forma que respondê-las resulte na correta identificação do organismo. Um exemplo de chave dicotômica está disponível no site do American Museum of Natural History.
Chaves dicotômicas, também conhecidas como chaves de acesso único ou chaves sequenciais, analíticas ou de caminho, são ferramentas usadas por cientistas e naturalistas amadores para identificar organismos de espécies desconhecidas. Eles não se destinam a ser usados como sistemas de classificação, embora as perguntas possam ser agrupadas de acordo com os esquemas de classificação contemporâneos.
Ao usar uma chave dicotômica, o usuário é apresentado a duas perguntas sobre o organismo em questão, e ele só pode responder afirmativamente a uma das perguntas. Cada resposta afirmativa leva a outro par de perguntas até que o usuário identifique corretamente o organismo.
Uma crítica às chaves dicotômicas é que o organismo que está sendo examinado pode não ter todas as qualidades representadas nas perguntas que o usuário faz ao tentar identificá-lo. Por exemplo, os gatos geralmente têm pelos, mas os gatos da Esfinge não. Portanto, uma série de perguntas destinadas a identificar um gato identificaria incorretamente uma Esfinge como outra coisa. Um problema semelhante resultaria se o usuário não tivesse acesso completo ao organismo. Por exemplo, se uma pergunta se referisse à forma dos dentes de um organismo e o usuário não tivesse a oportunidade de examinar seus dentes, a chave não seria útil.