Nuklearer Winter, die Umweltzerstörung, die nach Ansicht einiger Wissenschaftler wahrscheinlich durch die Hunderte von Nuklearexplosionen in einem Atomkrieg verursacht würde. Die schädlichen Auswirkungen des Lichts, der Hitze, der Explosion und der Strahlung, die durch Nuklearexplosionen verursacht werden, waren den Wissenschaftlern seit langem bekannt, aber die indirekten Auswirkungen solcher Explosionen auf die Umwelt wurden jahrzehntelang weitgehend ignoriert. In den 1970er Jahren stellten jedoch mehrere Studien die These auf, dass die Ozonschicht in der Stratosphäre, die Lebewesen vor einem Großteil der schädlichen ultravioletten Strahlung der Sonne schützt, durch die großen Mengen an Stickoxiden, die bei Nuklearexplosionen entstehen, abgebaut werden könnte. In weiteren Studien wurde spekuliert, dass große Mengen an Staub, die durch Kernexplosionen in die Atmosphäre geschleudert werden, das Sonnenlicht daran hindern könnten, die Erdoberfläche zu erreichen, was zu einer vorübergehenden Abkühlung der Luft führen würde. Wissenschaftler begannen dann, den Rauch zu berücksichtigen, der von riesigen Wäldern erzeugt wird, die durch nukleare Feuerbälle in Brand gesetzt wurden, und 1983 wurde in einer ehrgeizigen Studie, der so genannten TTAPS-Studie (von den Anfangsbuchstaben der Nachnamen ihrer Autoren, R.P. Turco, O.B. Toon, T.P. Ackerman, J.B. Pollack und Carl Sagan), der entscheidende Faktor des Rauchs und Rußes berücksichtigt, der bei der Verbrennung von Erdölbrennstoffen und Kunststoffen in atomar zerstörten Städten entsteht. (Der Rauch solcher Materialien absorbiert das Sonnenlicht viel effektiver als der Rauch von verbranntem Holz.) Die TTAPS-Studie prägte den Begriff „nuklearer Winter“, und ihre unheilvollen Hypothesen über die Auswirkungen eines Atomkriegs auf die Umwelt wurden sowohl von der amerikanischen als auch von der sowjetischen Wissenschaft intensiv untersucht.
Die Hauptursache des nuklearen Winters, so die Hypothese der Forscher, wären die zahlreichen und gewaltigen Feuerbälle, die von explodierenden Atomsprengköpfen verursacht würden. Diese Feuerbälle würden riesige unkontrollierte Brände (Feuerstürme) über allen Städten und Wäldern in ihrer Reichweite entfachen. Große Rauch-, Ruß- und Staubwolken würden von diesen Bränden in die Luft geschickt und durch ihre eigene Erhitzung in große Höhen gehoben, wo sie wochenlang treiben könnten, bevor sie zurückfallen oder aus der Atmosphäre auf den Boden gespült würden. Mehrere hundert Millionen Tonnen dieses Rauchs und Rußes würden durch starke West- bis Ostwinde so weit getrieben, dass sie einen gleichmäßigen Partikelgürtel bilden würden, der die nördliche Hemisphäre von 30° bis 60° Breite umgibt. Diese dichten schwarzen Wolken könnten das Sonnenlicht bis auf einen Bruchteil für mehrere Wochen ausblenden. Die Oberflächentemperaturen würden infolgedessen einige Wochen lang sinken, vielleicht sogar um 11° bis 22° C (20° bis 40° F). Die Bedingungen der Halbdunkelheit, des tödlichen Frosts und der Temperaturen unter dem Gefrierpunkt in Verbindung mit der hohen Strahlendosis des nuklearen Niederschlags würden die Photosynthese der Pflanzen unterbrechen und könnten so einen Großteil der Vegetation und des tierischen Lebens auf der Erde vernichten. Die extreme Kälte, die hohen Strahlungswerte und die weitreichende Zerstörung der industriellen, medizinischen und verkehrstechnischen Infrastrukturen sowie der Lebensmittelvorräte und Ernten würden zu einer massiven Zahl von Todesopfern durch Verhungern, Ausgesetztsein und Krankheiten führen. Ein Atomkrieg könnte die menschliche Bevölkerung der Erde auf einen Bruchteil ihrer früheren Zahl reduzieren.
Eine Reihe von Wissenschaftlern hat die Ergebnisse der ursprünglichen Berechnungen bestritten, und obwohl ein solcher Atomkrieg zweifellos verheerend wäre, bleibt das Ausmaß der Schäden am Leben auf der Erde umstritten.