الحالة الثنائية في ميكانيكا الكم هي حالة نظام جسيمات أولية ذات عزم مغزلي spin 1/2, بحيث تصبح للنظام حالتين بالنسبة لاتجاه العزم المغزلي الكلي: إما −1/2 أو +1/2. تسمى مثل هذا النظام بأنه «نظام ذو مستويين» للطاقة؛ إذ أن أحد المستويين يعبر عن أتجاه محصلة العزم المغزلي إلى أعلى والمستوى الآخر تكون فيها محصلة العزم المغزلي للنظام متجهة إلى أسفل.
في الطبيعة تحدث ظاهرة الحالة الثنائية نتيجة للعزم المغزلي التي تتسم بها جسيمات أولية مثل الإلكترون و البروتون، ويعبر عنها بـ spin 1/2 .