Na ciência da computação, uma busca dicotômica é uma busca algorítmica que opera selecionando entre duas alternativas distintas (dicotômicas) a cada passo. É um tipo específico de divisão e conquista de algoritmo. Um bom exemplo é a busca binária.

Abstratamente, uma busca dicotômica pode ser vista como extremidades seguintes de uma estrutura de árvore binária até alcançar a folha (um objetivo ou estado final). Isso cria um problema teórico entre o número de estado possíveis e o tempo: dando k comparações, o algoritmo pode alcançar apenas O(2^k) possibilidades e/ou objetivos possíveis.