Nucleaire winter, de verwoesting van het milieu die volgens sommige wetenschappers waarschijnlijk het gevolg zou zijn van de honderden kernexplosies in een kernoorlog. De schadelijke effecten van licht, hitte, explosies en straling als gevolg van kernexplosies waren al lang bekend bij wetenschappers, maar de indirecte effecten van dergelijke explosies op het milieu bleven decennia lang grotendeels buiten beschouwing. In de jaren 1970 stelden verschillende studies echter dat de ozonlaag in de stratosfeer, die levende wezens beschermt tegen een groot deel van de schadelijke ultraviolette straling van de zon, zou kunnen worden uitgeput door de grote hoeveelheden stikstofoxiden die door kernexplosies worden geproduceerd. In verdere studies werd gespeculeerd dat grote hoeveelheden stof die door kernexplosies in de atmosfeer worden gebracht, kunnen verhinderen dat het zonlicht het aardoppervlak bereikt, hetgeen tot een tijdelijke afkoeling van de lucht leidt. Wetenschappers begonnen toen rekening te houden met de rook die werd geproduceerd door uitgestrekte bossen die in brand werden gestoken door nucleaire vuurballen, en in 1983 werd in een ambitieuze studie, bekend als de TTAPS studie (naar de initialen van de achternamen van de auteurs, R.P. Turco, O.B. Toon, T.P. Ackerman, J.B. Pollack, en Carl Sagan), rekening gehouden met de cruciale factor van rook en roet afkomstig van de verbranding van petroleumbrandstoffen en kunststoffen in door kernenergie verwoeste steden. (Rook van dergelijke materialen absorbeert zonlicht veel effectiever dan rook van brandend hout). De TTAPS studie bedacht de term “nucleaire winter,” en de onheilspellende hypotheses over de milieu-effecten van een nucleaire oorlog werden intensief bestudeerd door zowel de Amerikaanse als de Sovjet wetenschappelijke gemeenschappen.
De basisoorzaak van de nucleaire winter, zoals verondersteld door de onderzoekers, zouden de talrijke en immense vuurballen zijn, veroorzaakt door exploderende kernkoppen. Deze vuurbollen zouden enorme ongecontroleerde branden (vuurstormen) doen ontbranden over alle steden en bossen die zich binnen hun bereik bevonden. Grote rookpluimen, roet en stof zouden door deze branden de lucht in worden gestuurd en door hun eigen verhitting naar grote hoogten worden getild waar ze wekenlang zouden kunnen ronddrijven alvorens terug te vallen of uit de atmosfeer op de grond te worden gespoeld. Enkele honderden miljoenen tonnen van deze rook en roet zouden door sterke westen-oostenwinden worden meegevoerd totdat zij een uniforme gordel van deeltjes zouden vormen die het noordelijk halfrond van 30° tot 60° breedtegraad omcirkelt. Deze dikke zwarte wolken zouden het licht van de zon voor een periode van enkele weken kunnen blokkeren, op een fractie na. De temperatuur aan het aardoppervlak zou daardoor gedurende enkele weken dalen, misschien wel met 11° tot 22° C (20° tot 40° F). De omstandigheden van halfduisternis, dodelijke vorst en temperaturen onder het vriespunt, in combinatie met hoge doses straling van nucleaire fall-out, zouden de fotosynthese van planten onderbreken en zo een groot deel van de vegetatie en het dierenleven op aarde kunnen vernietigen. De extreme koude, de hoge stralingsniveaus en de wijdverspreide vernietiging van de industriële, medische en transportinfrastructuur, de voedselvoorraden en de oogsten zouden een massale tol aan hongersnood, blootstelling en ziekte eisen. Een kernoorlog zou dus de menselijke bevolking op aarde kunnen terugbrengen tot een fractie van het vroegere aantal.
Een aantal wetenschappers heeft de resultaten van de oorspronkelijke berekeningen betwist, en hoewel zo’n kernoorlog ongetwijfeld verwoestend zou zijn, blijft de mate van schade aan het leven op aarde controversieel.