Kärnvinter, den miljöförstöring som enligt vissa forskare troligen skulle bli resultatet av hundratals kärnvapenexplosioner i ett kärnvapenkrig. De skadliga effekterna av ljus, värme, explosioner och strålning som orsakas av kärnvapenexplosioner har länge varit kända för vetenskapsmännen, men sådana explosioners indirekta effekter på miljön förblev i stort sett ignorerade i årtionden. På 1970-talet hävdade dock flera studier att ozonlagret i stratosfären, som skyddar levande organismer från en stor del av solens skadliga ultravioletta strålning, skulle kunna utarmas av de stora mängder kväveoxider som produceras av kärnkraftsexplosioner. Andra studier spekulerade i att stora mängder damm som sparkas upp i atmosfären av kärnkraftsexplosioner kan hindra solljuset från att nå jordens yta, vilket leder till en tillfällig nedkylning av luften. Forskarna började sedan ta hänsyn till den rök som produceras av stora skogar som brinner upp av kärnvapeneldklot, och 1983 genomfördes en ambitiös studie, känd som TTAPS-studien (från initialerna till författarnas efternamn, R.P. Turco, O.B. Toon, T.P. Ackerman, J.B. Pollack och Carl Sagan), där man tog hänsyn till den viktiga faktorn rök och sot från förbränning av petroleumbränslen och plast i kärnvapensprängda städer. (Rök från sådana material absorberar solljuset mycket effektivare än rök från vedeldning). TTAPS-studien myntade begreppet ”kärnvårdsvinter”, och dess olycksbådande hypoteser om miljöeffekterna av ett kärnvapenkrig studerades intensivt av både det amerikanska och det sovjetiska forskarsamhället.
Den grundläggande orsaken till kärnvårdsvinter, enligt forskarnas hypoteser, skulle vara de talrika och enorma eldklot som orsakas av exploderande kärnvapenstridsspetsar. Dessa eldklot skulle antända enorma okontrollerade bränder (eldstormar) över alla städer och skogar som befann sig inom deras räckvidd. Stora rök-, sot- och stoftplymer skulle skickas upp i luften från dessa bränder, som genom sin egen uppvärmning skulle lyftas upp till höga höjder där de skulle kunna driva i veckor innan de faller tillbaka eller sköljs ut ur atmosfären på marken. Flera hundra miljoner ton av denna rök och sot skulle föras av starka vindar från väst till öst tills de bildar ett enhetligt bälte av partiklar som omsluter det norra halvklotet från 30° till 60° latitud. Dessa tjocka svarta moln skulle kunna blockera allt utom en bråkdel av solens ljus under flera veckor. Som en följd av detta skulle yttemperaturen sjunka under några veckor, kanske med så mycket som 11-22° C (20-40° F). Förhållandena med halvmörker, dödande frost och minusgrader, i kombination med höga strålningsdoser från radioaktivt nedfall, skulle avbryta växternas fotosyntes och därmed kunna förstöra en stor del av jordens växtlighet och djurliv. Den extrema kylan, de höga strålningsnivåerna och den utbredda förstörelsen av industriell, medicinsk och transportinfrastruktur samt livsmedelsförråd och grödor skulle leda till en massiv dödssiffra på grund av svält, exponering och sjukdomar. Ett kärnvapenkrig skulle således kunna reducera jordens mänskliga befolkning till en bråkdel av dess tidigare antal.
En rad forskare har ifrågasatt resultaten av de ursprungliga beräkningarna, och även om ett sådant kärnvapenkrig utan tvekan skulle vara förödande, förblir graden av skada på livet på jorden kontroversiell.