Nuklearni terorizam je trenutno hipotetska mogućnost da bi teroristi mogli nabaviti i koristiti radioaktivne materijale u destruktivne svrhe. Na primjer, čišćenje “prljave bombe” (radiološkog oružja) detonirane na velikom području moglo bi koštati desetke ili stotine milijuna dolara. Takva prljava bomba jasno nije isto što i nuklearna bomba – ona bi se samo sastojala od radioaktivnog materijala raznesenog konvencionalnom bombom, u svrhu izazivanja radioaktivne kontaminacije. Naravno, terorističko nuklearno oružje također bi se smatralo vrstom nuklearnog terorizma.
Stručnjaci za sigurnost diljem svijeta nuklearni terorizam smatraju vjerojatnim rizikom, a neki vodeći analitičari smatraju da je samo pitanje vremena kada će teroristi detonirati prljavu bombu ili nuklearno oružje u velikom gradu. Utjecaj prljave bombe bio bi prvenstveno psihološki – nekoliko analiza je pokazalo da bi prouzročila malo žrtava, iako bi masovna panika mogla biti nevjerojatno destruktivna. Nuklearno oružje, međutim, moglo bi ubiti između nekoliko stotina i više od milijun ljudi, ovisno o njegovoj snazi i mjestu detonacije.
Nekoliko terorističkih skupina izrazilo je interes za dobivanje materijala potrebnih za izvođenje nuklearnog terorizma, posebno obogaćenog urana koji bi se mogao upotrijebiti za izradu nuklearne bombe. Osama bin Laden je izgradnju nuklearne bombe nazvao svetom misijom Al Qaide. No, osim ovoga, bilo je nekoliko konkretnih dokaza da ekstremisti planiraju nabaviti materijale za nuklearni terorizam.
U studenom 2006. britanska obavještajna organizacija MI5 upozorila je da islamski teroristi planiraju detonirati nuklearnu bombu u jednom britanskom gradu, ali nije poznato koliko je to bilo sofisticirano planiranje. U lipnju 2007. Fox News je tvrdio da je FBI rekao novinarima da je Adnan Gulshair el Shukrijumah odgovoran za planiranje detonacije nuklearnih bombi u nekoliko američkih gradova, ali to nije neovisno potvrđeno.
Još opipljivije, u studenom 2007. 60 Minutes je izvijestio da su provalnici infiltrirali nuklearno istraživačko postrojenje Pelindaba blizu Pretorije u Južnoj Africi, ali su pobjegli bez ikakvog obogaćenog urana. Ovi provalnici nikada nisu identificirani.