الجزيء ثنائي الحلقة في الكيمياء العضوية هو جزيء يتميز أن بنيته تحوي على حلقتين متصلتين مع بعضهما البعض. يمكن أن يكون الجزيء ثنائي الحلقة مكوناً من حلقة ذات هيكل كربوني فقط، أو أن تكون حاوية على ذرة غير متجانسة. كما يمكن أن تكون كلا الحلقتين ذات صفة أليفاتية مثل الديكالين أو النوربورنان؛ أو عطرية مثل النفثالين؛ أو بمزاوجة بين الصفتين كما هو الحال في مركب تترالين.
تعد المركبات ثنائية الحلقية من المركبات المنتشرة في الطبيعة، وتوجد أمثلة منها في بنية الكثير من الجزيئات الحيوية مثل مركبات ثوجين والكافور.