核冬天是指核戰爭爆發後，大量核武器爆炸產生的火災和塵埃會釋放大量的煙塵和顆粒物進入大氣層，而這些微粒直徑小於紅外波長，對從太陽來的可見光輻射有較強吸收力，導致高層大氣升溫；但對地面向外的紅外光輻射的吸收力較弱，導致地表溫度下降，產生了與溫室效應相反的作用，使地表呈現出如嚴寒冬天般的景觀。這種現象會導致全球氣溫驟降，冰凍覆蓋大部分地區，農作物歉收，生態系統崩潰，對人類和其他生物造成巨大的災難。
必須指出的是，核冬天是基於數據化模型的假設，在最新研究中（2006年），科學家認為原版的核冬天理論的模型有誤，而實際上的14-20度降溫只會持續幾小時，並在3-4個月內恢復正常。