基于东北地区183个县级行政区域的统计数据，运用数理统计和GIS空间分析等方法，分析1980—2005年该区粮食单产变化空间变化特征及其动因，并划分粮食单产变化的空间类型。结果表明：①粮食单产水平较高的县域主要集中在松嫩平原黑土区和辽河平原区，单产水平较低的县域主要分布在松嫩平原北部、大小兴安岭、长白山地丘陵区和三江平原区；②区域粮食单产总体呈增长态势，单产水平增加的县域占有绝对控制地位，约占全部县域的83.61%；③粮食单产变化的区域差异显著，单产水平较高的区域总体有由中部平原区向周边低山丘陵区扩张的趋势，单产水平较低的区域总体呈由东北地区南部向北部减缩的趋势；④农业投入变化是粮食单产格局变化的主要动因，农产品价格的影响不断扩大，自然灾害和农民收入变化的影响不容忽视；⑤依据1980年粮食单产和1980~2005年粮食单产平均增长率，可将东北地区粮食单产变化划分为5种空间类型。指出加快农业现代化建设、加强中低产田改造是提高区域粮食综合生产能力和增强粮食安全保障能力的主要途径。