Hiver nucléaire, la dévastation environnementale qui, selon certains scientifiques, résulterait probablement des centaines d’explosions nucléaires d’une guerre nucléaire. Les effets néfastes de la lumière, de la chaleur, du souffle et des radiations causés par les explosions nucléaires étaient connus depuis longtemps des scientifiques, mais les effets indirects de ces explosions sur l’environnement sont restés largement ignorés pendant des décennies. Dans les années 1970, cependant, plusieurs études ont avancé l’hypothèse que la couche d’ozone de la stratosphère, qui protège les êtres vivants d’une grande partie du rayonnement ultraviolet nocif du soleil, pourrait être appauvrie par les grandes quantités d’oxydes d’azote produites par les explosions nucléaires. D’autres études ont supposé que les grandes quantités de poussière soulevées dans l’atmosphère par les explosions nucléaires pourraient empêcher la lumière du soleil d’atteindre la surface de la Terre, ce qui entraînerait un refroidissement temporaire de l’air. Les scientifiques ont alors commencé à prendre en compte la fumée produite par les vastes forêts incendiées par les boules de feu nucléaires et, en 1983, une étude ambitieuse, connue sous le nom d’étude TTAPS (d’après les initiales des noms de famille de ses auteurs, R.P. Turco, O.B. Toon, T.P. Ackerman, J.B. Pollack et Carl Sagan), a pris en considération le facteur crucial de la fumée et de la suie provenant de la combustion des carburants pétroliers et des plastiques dans les villes dévastées par les armes nucléaires. (La fumée provenant de ces matériaux absorbe la lumière du soleil beaucoup plus efficacement que la fumée provenant de la combustion du bois). L’étude TTAPS a inventé le terme « hiver nucléaire », et ses hypothèses inquiétantes sur les effets environnementaux d’une guerre nucléaire ont fait l’objet d’une étude intensive par les communautés scientifiques américaine et soviétique.
La cause fondamentale de l’hiver nucléaire, selon l’hypothèse des chercheurs, serait les nombreuses et immenses boules de feu provoquées par l’explosion des ogives nucléaires. Ces boules de feu allumeraient d’énormes incendies incontrôlés (tempêtes de feu) sur toutes les villes et les forêts qui se trouveraient à leur portée. De grands panaches de fumée, de suie et de poussière seraient envoyés dans les airs par ces incendies, soulevés par leur propre réchauffement jusqu’à de hautes altitudes où ils pourraient dériver pendant des semaines avant de retomber ou d’être emportés de l’atmosphère vers le sol. Plusieurs centaines de millions de tonnes de ces fumées et de cette suie seraient dirigées par de forts vents d’ouest en est jusqu’à former une ceinture uniforme de particules encerclant l’hémisphère nord de 30 à 60° de latitude. Ces épais nuages noirs pourraient bloquer toute la lumière du soleil, sauf une fraction, pendant une période pouvant atteindre plusieurs semaines. En conséquence, les températures de surface chuteraient pendant quelques semaines, peut-être de 11 à 22 °C (20 à 40 °F). Les conditions de pénombre, de gelées meurtrières et de températures inférieures au point de congélation, combinées aux fortes doses de rayonnement des retombées nucléaires, interrompraient la photosynthèse des plantes et pourraient ainsi détruire une grande partie de la végétation et de la vie animale de la Terre. Le froid extrême, les niveaux élevés de rayonnement et la destruction généralisée des infrastructures industrielles, médicales et de transport, ainsi que des réserves alimentaires et des récoltes, entraîneraient un nombre considérable de morts par famine, exposition et maladie. Une guerre nucléaire pourrait ainsi réduire la population humaine de la Terre à une fraction de ses chiffres antérieurs.
Un certain nombre de scientifiques ont contesté les résultats des calculs initiaux et, bien qu’une telle guerre nucléaire serait sans aucun doute dévastatrice, le degré de dommages causés à la vie sur Terre reste controversé.