核冬天是一个关于全球气候变化的理论，它预测了一场大规模核战争可能产生的气候灾难。核冬天理论认为使用大量的核武器，特别是对像城市这样的易燃目标使用核武器，会让大量的烟和煤烟进入地球的大气层，这将可能导致非常寒冷的天气。

1983年苏联对核冬天下气温变化的预测：上图为40天后，下图为243天后

机制

进入大气层的烟和煤烟的颗粒层可以显著减少到达地面的阳光总量，这个颗粒层很可能在大气中停留数周甚至数年 （燃烧石油和塑料制品产生的烟和炭黑能够比燃烧木材产生的烟更有效地吸收阳光）。 中纬度的西风带将会输送烟尘，形成一个环绕北半球北纬30度到60度地区的环带。 这些厚的黑云可以遮挡掉大部分的阳光，时间长达数周。这将导致地表温度在这一时期下降，根据不同的模型，温度下降最多可达数十摄氏度。

这种黑暗与致命的霜冻，再加上来自放射性尘埃的高剂量辐射，会严重地毁灭地球上这个地区的植物。严寒、高剂量辐射、工业、医疗、运输设施被广泛破坏，再加上食品和农作物的短缺，将会导致因饑荒、辐射和疾病引起的人类大规模死亡。科学家还认为爆炸产生的氮氧化物将破坏臭氧层。科学家已经在热核爆炸实验中观察到了这种此前未曾预料过的效应。由于臭氧层的再生，这种效应会被削弱了。但是一场全面核战争的效应，毫无疑问将会更加巨大。臭氧耗尽（以及随之而来的紫外线辐射增加）的次生效应将非常显著，它会对人类多种主要农作物产生影响，也会通过杀死浮游生物而毁坏海洋食物链。

有许多科学家试图预测大规模核战争的气候效应，其中最著名的是1983年“TTAPS”小组（理查德·特科、布赖恩·图恩、托马斯·阿克曼、詹姆斯·波拉克和卡尔·萨根五位科学家的姓氏首字母缩写）的研究成果。TTAPS（常常被读作T-Taps）小组受到了火星沙尘暴致冷效应的启发。他们使用了一个地球大气层的二维简化模型计算了核冬天效应，结果发现全面核战争可能导致内陆地区的温度降至零下摄氏40度。这项研究成果发表在了1983年底的《科学》杂志上。

近年来一个关于恐龙灭绝的理论也认为，6500万年前有一颗直径数十公里的小天体击中地球，这场爆炸掀起的尘埃遮蔽住了天空，导致气温下降，植物无法进行光合作用，从而让恐龙这类当时居于支配地位的物种走向衰亡。

在TTAPS的研究成果发表以后，有一些科学家对其表示了质疑，其中包括美国的氢弹之父爱德华·泰勒。泰勒与萨根就此问题进行过辩论，他认为核冬天的效应微不足道。另外一些科学家认为由于大规模核战争造成的降温效应并不像TTAPS小组展示的那样严重，因此“核冬天”应该改名为“核秋天”（nuclear autumn）。

自此之后，科学家使用改进的模型进行了更加精密的计算。1990年，TTAPS小组又在《科学》杂志上发表了一篇论文，回顾了自1983年以后的研究。他们认为，新的计算表明北半球中纬度地区的降温大约是摄氏10到20度，局部地区可下降摄氏35度；尽管这表明全面核战争的后果可能比1983年他们预测的更轻，但是核冬天在总体上仍然是可能的。

自从1990年TTAPS小组在《科学》杂志上发表了这篇论文之后，至今没有更加详细的研究进一步探究核冬天的可能性。同年，萨根和TTAPS的另一位成员特科一起出版了一本关于核冬天的著作，名为《无人想像的道路：核冬天与军备竞赛的终结》。

人们在1962年的古巴导弹危机后开始极为重视核武器带来的后果，并担心核战争一旦爆发整个世界都会被毁灭，于是核武大国美国、苏联和当时另外一个拥有核武的国家——英国在古巴导弹危机后便开始积极进行协商制定《核不扩散条约》相关细节的讨论，到1968年美国、苏联和英国便签署核不扩散条约，当时与美国和苏联两个超级大国同时都处在敌视对立状态的毛泽东领导下的中国没有签署此条约，直到1992年邓小平和江泽民才同意签署此条约。与同在1964年首次核试验成功的中国一样，长期坚持在美国和苏联的对立中保持独立自主的戴高乐主义的法国也在1992年才签署了核不扩散条约。1990年代核不扩散条约在全世界大多数国家都得到了签署后，美国、俄罗斯、中国等大国都放慢核武器的发展脚步，并且宣布暂停本国的所有核试验，但印度、巴基斯坦、朝鲜及伊朗等国家却依然积极发展核武器。朝鲜在2003年退出了核不扩散条约并且相继在2006、2009和2013年三次成功进行了核试验。

1991年苏联解体，两个超级大国对抗的冷战时期结束，全面核战争的可能性大大降低。但是局部核冲突仍然有可能发生。这些核战争所造成的气候效应仍然需要进行深入地研究。