Ломбардия, куда входит финансовая столица Италии - Милан, и регион Венето со столицей в Венеции, зарабатывают 30% национального богатства.
Губернаторы обеих областей состоят в антииммигрантской "Лиге Севера" и уже давно спорят о том, что север не должен "кормить" куда более бедный юг.
Как ожидается, в оба региона проголосуют в пользу расширения автономии, хотя результаты референдума и не носят обязывающего характера.
Центральная власть в Риме с неодобрением отзывается о голосовании, заявляя, что в нем нет необходимости, хотя по итальянской конституции оно разрешено.
Эти референдумы резко контрастируют с Испанией, где один из самых богатых регионов - Каталония - провела референдум, который конституционный суд страны признал незаконным. В ответ испанское правительство хочет ввести прямое управление и приостановить автономный статус Каталонии.
"Тратить тут, а не на Сицилии"
Глава правительства Ломбардии Роберто Марони считает, что ситуация в Италии отличается от испанской. "Мы не Каталония", - сказал он агентству Рейтер в Милане.
"Мы остаемся частью итальянского государства с большей автономией, в то время как Каталония хочет стать 29-м членом Евросоюза. Мы - нет. Не сейчас, во всяком случае", - сказал Марони.
Одна из главных претензий регионов в том, что они платят Риму куда больше налогов, чем получают из бюджета. Как следствие они хотят сократить свои выплаты Риму по меньшей мере вдвое.
Так, Ломбардия в год отдает на 54 млрд евро (64 млрд долларов) больше, чем получает, а Венето - на 15,5 млрд евро (18,2 млрд долларов).
"Собранные нами налоги должны тратиться тут, а не на Сицилии", - сказал 84-летний Джузеппе Колонна агентству AFP в Венеции.
Критики референдума называют его уловкой, призванной укрепить позиции правой "Лиги Севера" в преддверии всеобщих выборов в следующем году.
Они указывают на миллионы евро, потраченные на референдум, в то время как у всех регионов есть конституционное право вести переговоры с Римом напрямую.
"Как только затрагивается тема того, сколько тратят северные регионы, сразу же можно ждать резкого ответа от юга", - говорит Джованни Орсина, профессор истории университета Луис-Гвидо Карли в Риме агентству Рейтер.