Atomvinter, den miljøødelæggelse, som ifølge visse forskere sandsynligvis ville blive resultatet af de hundredvis af atomeksplosioner i en atomkrig. De skadelige virkninger af lys, varme, trykbølger og stråling fra atomeksplosioner har længe været kendt af forskerne, men sådanne eksplosioners indirekte virkninger på miljøet blev stort set ignoreret i årtier. I 1970’erne blev det imidlertid i flere undersøgelser hævdet, at det ozonlag i stratosfæren, som beskytter levende væsener mod en stor del af Solens skadelige ultraviolette stråling, kunne blive udtømt af de store mængder nitrogenoxider, der produceres af kerneeksplosioner. Andre undersøgelser spekulerede i, at store mængder støv, der blev sparket op i atmosfæren af kerneeksplosioner, kunne blokere sollyset fra at nå Jordens overflade og dermed føre til en midlertidig afkøling af luften. Videnskabsfolk begyndte derefter at tage hensyn til den røg, der produceres af store skove, som er blevet antændt af nukleare ildkugler, og i 1983 blev der i en ambitiøs undersøgelse, kendt som TTAPS-undersøgelsen (af initialerne på forfatternes efternavne, R.P. Turco, O.B. Toon, T.P. Ackerman, J.B. Pollack og Carl Sagan), taget hensyn til den afgørende faktor røg og sod, der stammer fra afbrænding af oliebrændstoffer og plastik i byer, der er ødelagt af atomkraftværker. (Røg fra sådanne materialer absorberer sollyset meget mere effektivt end røg fra brændende træ). TTAPS-undersøgelsen prægede udtrykket “atomvinter”, og dens ildevarslende hypoteser om de miljømæssige virkninger af en atomkrig blev intensivt undersøgt af både det amerikanske og det sovjetiske forskersamfund.
Den grundlæggende årsag til atomvinter, som forskerne antog, ville være de talrige og enorme ildkugler, der blev forårsaget af eksploderende atomsprænghoveder. Disse ildkugler ville antænde enorme ukontrollerede brande (brandstorme) over alle byer og skove, der befandt sig inden for deres rækkevidde. Store røg-, sod- og støvfaner ville blive sendt op i luften fra disse brande, som af deres egen opvarmning ville blive løftet op i store højder, hvor de kunne drive rundt i ugevis, før de faldt tilbage eller blev skyllet ud af atmosfæren på jorden. Flere hundrede millioner tons af denne røg og sod ville blive transporteret af stærke vest-østlige vinde, indtil de ville danne et ensartet bælte af partikler, der omslutter den nordlige halvkugle fra 30° til 60° breddegrad. Disse tykke sorte skyer kunne blokere alt andet end en brøkdel af solens lys i en periode på op til flere uger. Som følge heraf ville overfladetemperaturerne falde i nogle få uger, måske med op til 11-22° C (20-40° F). Forholdene med halvmørke, dræbende frost og temperaturer under frysepunktet, kombineret med høje strålingsdoser fra det nukleare nedfald, ville afbryde planternes fotosyntese og dermed kunne ødelægge en stor del af jordens vegetation og dyreliv. Den ekstreme kulde, de høje strålingsniveauer og den omfattende ødelæggelse af industri-, læge- og transportinfrastrukturer samt fødevareforsyninger og afgrøder ville medføre et massivt dødstal som følge af sult, udsættelse og sygdom. En atomkrig kunne således reducere Jordens menneskelige befolkning til en brøkdel af det tidligere antal.
En række forskere har anfægtet resultaterne af de oprindelige beregninger, og selv om en sådan atomkrig utvivlsomt ville være ødelæggende, er graden af skade på livet på Jorden fortsat kontroversiel.