A nukleáris tél, az a környezeti pusztítás, amelyet egyes tudósok szerint valószínűleg egy nukleáris háborúban bekövetkező több száz nukleáris robbanás okozna. A nukleáris robbanások által okozott fény, hő, robbanás és sugárzás káros hatásait a tudósok már régóta ismerték, de az ilyen robbanások közvetett hatásait a környezetre évtizedekig nagyrészt figyelmen kívül hagyták. Az 1970-es években azonban több tanulmány is felvetette, hogy a sztratoszféra ózonrétegét, amely megvédi az élőlényeket a Nap káros ultraibolya sugárzásának nagy részétől, a nukleáris robbanások során keletkező nagy mennyiségű nitrogén-oxidok kimeríthetik. További tanulmányok azt feltételezték, hogy a nukleáris robbanások által a légkörbe felvert nagy mennyiségű por megakadályozhatja, hogy a napfény elérje a Föld felszínét, ami a levegő átmeneti lehűléséhez vezet. A tudósok ezután kezdték figyelembe venni a nukleáris tűzgömbök által lángra lobbantott hatalmas erdők által termelt füstöt, és 1983-ban egy nagyszabású tanulmány, a TTAPS-tanulmány (a szerzők, R.P. Turco, O.B. Toon, T.P. Ackerman, J.B. Pollack és Carl Sagan vezetéknevének kezdőbetűiből) figyelembe vette a nukleárisan lerombolt városokban a kőolaj- és műanyagégetésből származó füstöt és kormot. (Az ilyen anyagokból származó füst sokkal hatékonyabban elnyeli a napfényt, mint az égő fa füstje). A TTAPS-tanulmány alkotta meg a “nukleáris tél” kifejezést, és az atomháború környezeti hatásairól szóló baljóslatú hipotéziseit mind az amerikai, mind a szovjet tudományos közösségek intenzíven tanulmányozták.
A nukleáris tél alapvető oka a kutatók feltételezése szerint a felrobbanó nukleáris robbanófejek által okozott számos és hatalmas tűzgolyó lenne. Ezek a tűzgömbök hatalmas, ellenőrizetlen tüzeket (tűzviharokat) gyújtanának minden olyan város és erdő felett, amely a hatótávolságukba esik. Ezekből a tüzekből hatalmas füst-, korom- és porfelhők szállnának a magasba, amelyeket a saját felmelegedésük nagy magasságokba emelne, ahol hetekig sodródhatnának, mielőtt visszahullanának vagy kimosódnának a légkörből a földre. Több százmillió tonna füstöt és kormot terelnének az erős nyugat-keleti szelek, míg végül az északi féltekét a 30° és 60° szélesség között körbeölelő egységes részecskeövezetet alkotnának. Ezek a sűrű fekete felhők akár több hétig is eltakarhatják a Nap fényének csak egy töredékét. Ennek következtében a felszíni hőmérséklet néhány hétre lecsökkenne, talán 11°-22° C-kal (20°-40° F). A félhomály, a gyilkos fagyok és a fagypont alatti hőmérséklet, valamint a nukleáris csapadékból származó nagy dózisú sugárzás megszakítaná a növények fotoszintézisét, és így a Föld növényzetének és állatvilágának nagy részét elpusztítaná. A rendkívüli hideg, a magas sugárzási szintek, valamint az ipari, orvosi és közlekedési infrastruktúrák, valamint az élelmiszer- és terménykészletek széles körű pusztulása tömeges halálesetet okozna az éhezés, a kitettség és a betegségek miatt. Egy nukleáris háború így a Föld emberi népességét a korábbi számának töredékére csökkenthetné.
Az eredeti számítások eredményeit számos tudós vitatta, és bár egy ilyen nukleáris háború kétségtelenül pusztító lenne, a földi életre gyakorolt kár mértéke továbbra is vitatott.