El comportamiento de deformación multiaxial de las aleaciones de magnesio es un factor importante para entender el rendimiento en servicio de las estructuras. En la presente investigación, se estudió sistemáticamente por primera vez el mecanismo de deformación de una chapa de Mg AZ31 bajo tensión biaxial con diversas relaciones de esfuerzo (RD:45) a lo largo de la dirección de laminado (RD) y la dirección diagonal (dirección de 45 grados) entre la dirección normal (ND) y la dirección transversal (TD) utilizando especímenes cruciformes. Se investigaron los impactos de la relación de esfuerzo, RD:45, en la respuesta mecánica, el comportamiento de geminación, la textura y el comportamiento de deslizamiento. Los resultados mostraron que la contribución de la geminación a la deformación plástica era limitada y estaba gobernada por la ley de Schmid. La activación de la geminación indujo un componente de textura geminada con ejes c en gran medida paralelos a los 45 grados entre ND y TD. La deformación inducida por la tensión biaxial se acomodó principalmente mediante deslizamientos prismáticos y basales bajo la relación de esfuerzo de RD:45=4:1, y la fracción de granos que favorecían el deslizamiento basal aumentó con una menor relación de esfuerzo a lo largo de la RD. Las características del esfuerzo de flujo pueden explicarse de manera efectiva por las actividades relativas de geminación y deslizamiento con la relación de esfuerzo.