ต้นไม้ทวิภาค (อังกฤษ: binary tree) ในศาสตร์คอมพิวเตอร์ เป็นโครงสร้างข้อมูลแบบต้นไม้ซึ่งแต่ละปมมีปมลูกได้ไม่เกิน 2 ปม โดยแยกออกเป็นปมด้านซ้าย และปมด้านขวา ปมที่มีปมลูก เรียกว่า ปมพ่อแม่ และปมลูกอาจมีรีเฟอร์เรนซ์ไปยังปมพ่อแม่ของมัน ในโครงสร้างแบบต้นไม้จะมีปม ๆ หนึ่งเป็นปมบรรพบุรุษของทุกปม เราเรียกปมนี้ว่าปมราก การเข้าถึงปมทุกปมในโครงสร้างแบบต้นไม้ทำได้โดยเริ่มต้นจากปมราก และใช้รีเฟอร์เรนซ์ของปมนั้นท่องไปตามปมลูกด้านซ้ายและด้านขวาของมัน ต้นไม้ที่มีเฉพาะปมราก เรียกว่าต้นไม้ว่าง (null tree) ในต้นไม้ทวิภาค กิ่งหรือดีกรีของทุก ๆ ปมมีค่ามากที่สุดได้ไม่เกิน 2 ต้นไม้ที่มีปมจำนวน 'n' ปมจะมีกิ่งได้ไม่เกิน 'n-1' กิ่ง ต้นไม้ทวิภาคมักใช้สำหรับต้นไม้ค้นหาทวิภาค (binary search trees) และฮีพทวิภาค (binary heaps)