Nuklearna zima je teorijski koncept koji su iznijeli neki članovi znanstvene zajednice. Nastao je 1982. s Johnom Birksom i Paulom Crutzenom. Ukratko, detonacija velikog broja nuklearnog oružja mogla bi potaknuti dramatične promjene u globalnoj klimi, uzrokujući ekstremnu hladnoću i potencijalno ozbiljne probleme za žive organizme koji Zemlju nazivaju domom. Provedene su brojne studije o mogućnosti nuklearne zime i teško je dokazati da bi se to dogodilo u slučaju nuklearnog rata, ali to je jedan od brojnih argumenata koji se koriste protiv nuklearnih napada na druge narode.
Prema teorijama, nuklearnu zimu prouzročio bi ogroman oblak prašine, dima i čestica koje bi proizašle iz velikih detonacija nad gradovima diljem svijeta. Kako su gradovi i okolna područja gorjeli, mogli su ubaciti ogromne količine materijala u atmosferu, polako blokirajući sunčevu svjetlost. Budući da sunčeva svjetlost ne bi mogla doprijeti do Zemlje, globalne temperature bi dramatično pale, a naša sposobnost proizvodnje hrane bila bi uvelike smanjena.
Znanstvenici su također sugerirali da bi velika detonacija nuklearnog oružja mogla oštetiti ozonski omotač. Budući da štetno UV zračenje može prodrijeti u slojeve čestica, ljudi bi i dalje bili u opasnosti od izlaganja UV zračenju unatoč činjenici da bi bilo mračno i hladno. Ljudi bi bili u opasnosti od padavina. To bi se moglo u kombinaciji s niskom proizvodnjom hrane ugroziti mnogim organizmima na Zemlji, od ljudi do ptica.
Većina studija o nuklearnoj zimi ističe da bi ogroman broj nuklearnog oružja trebao biti detoniran kako bi se izazvale klimatske promjene ovog razmjera; nešto poput polovice poznatih nuklearnih uređaja na Zemlji. Također je sugerirano da bi detonacije trebale biti prilično blizu jedna drugoj, stvarajući stalan tok materijala koji bi se probijao u atmosferu. Nuklearna zima vjerojatno će također utjecati na sjevernu hemisferu, s obzirom na to da se ovdje nalazi većina potencijalnih nuklearnih ciljeva.
Kritičari teorije nuklearne zime sugeriraju da, iako bismo mogli vidjeti neke klimatske promjene, one ne bi bile tako dramatične kao što sugerira teorija nuklearne zime. Ovi kritičari sugeriraju da bi čestice bile očišćene iz atmosfere kišom i vjetrom. Međutim, zagovornici teorije istaknuli su da su ogromne vulkanske erupcije povijesno uzrokovale klimatske promjene ispuštanjem strujanja dima i pepela u atmosferu, a klimatski učinci naftnih požara u Kuvajtu tijekom Prvog zaljevskog rata također daju vjerodostojnost teoriji .