Andry Rajoelina obtient 43,5% des suffrages et Marc Ravalomanana 42,44%, selon des résultats qui portent sur 147 des 24.852 bureaux de vote.
Très loin derrière, en troisième position, arrive l'ancien président Hery Rajaonarimampianina (2014-2018), qui décroche 2,93% des voix, a précisé la commission électorale nationale indépendante (Ceni).
Le taux de participation provisoire s'établit à 47,18%.
Les trois ex-présidents, qui ont déployé des moyens colossaux pendant leur campagne électorale dans un pays extrêmement pauvre, faisaient figure de favoris parmi les 36 candidats en lice.
La prudence est de mise compte tenu du faible échantillon de voix déjà dépouillées, mais "ces premiers résultats confirment un sondage" interdit de publication en septembre, a relevé l’analyste politique Andry Raodina, interrogé par l'AFP.
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"On est sur un échantillon très petit mais la tendance est là et claire", a ajouté Marcus Schneider de la Fondation indépendante Friedrich Erbert. "Il y a une bipolarisation du vote entre Ravalomanana et Rajoelina".
Mercredi soir, les deux hommes avaient pris la parole devant leurs partisans pour se dire confiants dans leur victoire.
"Les tendances (des premiers résultats) expriment la volonté de changement", avait déclaré Andry Rajoelina dans le studio de sa chaîne de télévision Viva, sous les applaudissements à tout rompre de centaines de ses supporters présents sur le plateau.
"Je suis optimiste et positif", avait estimé pour sa part Marc Ravalomanana dans un climat plus sobre.
Hery Rajaonarimampianina a lui gardé le silence depuis le vote.
Marc Ravalomanana, 68 ans, et Andry Rajoelina, 44 ans, ont déjà occupé la magistrature suprême, lors de périodes très instables.
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Le premier a dirigé la Grande Ile de l'océan Indien de 2002 à 2009, date à laquelle Andry Rajoelina lui a succédé à la suite d'un coup d'Etat, ainsi que l'a qualifié la communauté internationale. Il est resté au pouvoir jusqu'en 2014.
L'élection de 2018 a un parfum de revanche pour les deux hommes, interdits de se présenter à la présidentielle de fin 2013, une décision imposée par la communauté internationale pour éviter de nouveaux dérapages.
"Danger"
"La marche vers un deuxième tour est incontournable", a estimé jeudi à l'AFP Serge Zafimahova, coordonnateur de campagne de Marc Ravalomanana, après la publication par la Ceni des premiers résultats.
Mercredi soir, les chaînes de télévision de Marc Ravalomanana et Andry Rajoelina donnaient pourtant vainqueur leur candidat dès le premier tour, en se basant sur des résultats partiels obtenus par leurs équipes dans les bureaux de vote.
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Si personne n'a obtenu 50% des suffrages mercredi, un second tour sera organisé le 19 décembre entre les deux candidats arrivés en tête.
"Un candidat se risquera-t-il à revendiquer sa victoire au premier tour ?" si les résultats de la Ceni ne vont pas dans ce sens, s'est interrogé Andry Raodina.
Une telle hypothèse ferait naître le "danger d'un scénario comparable à celui de 2001-2002" qui avait débouché sur une crise politico-militaire de sept mois, a ajouté Marcus Schneider.
A l'époque, Marc Ravalomanana avait revendiqué la victoire dès le premier tour de la présidentielle, contrairement aux résultats officiels. Des manifestations avaient suivi et fait une centaine de morts.
La crédibilité des résultats du scrutin de cette année sera essentielle, selon les observateurs.
Le millionnaire Ravalomanana a déjà prévenu dimanche qu'il "accepterait" la défaite "mais à condition qu'il n'y ait eu ni corruption, ni trucage".
L'élection de 2018 est considérée comme un test pour la consolidation de la démocratie à Madagascar.
La campagne électorale, dominée par le thème du développement dans un pays qui affiche un taux d'extrême pauvreté de 76,2% malgré ses richesses naturelles (or, saphir, bois de rose, vanille...) , s'est déroulée dans le calme.
Aucun incident majeur n'a perturbé le scrutin et jeudi, la population vaquait normalement à ses occupations dans la capitale Antananarivo.