当核爆炸时，巨大的能量将大量的烟尘注入大气，有的还高达12公里以上进入平流层。由于核爆炸所产生的烟尘微粒有相当大部分直径小于1微米，它们能在高空停留数天乃至一年以上，因为它们的平均直径小于红外波长(约10微米)，它们对从太阳来的可见光辐射有较强吸收力，而对地面向外的红外光辐射的吸收力较弱，导致高层大气升温，地表温度下降，产生了与温室效应相反的作用，使地表呈现出如严寒冬天般的景观，称为核冬天。

核冬天理论的基本观点是，大规模核爆炸掀起的微尘和因大火产生的滚滚浓烟，会长时间遮挡住阳光，造成全球性气候变化，使地球处于黑暗和严寒之中，动植物濒临灭绝，人类生存面临严重威胁。

科学家解释说，当核武器在空中爆炸后，火球一触及地面，就会将地面的上岩石、土块汽化，它们将由随之出现的蘑菇云带上天空。在火球和烟上升的过程中，又会引起周围的空气向爆心的抽吸，进一步将尘埃卷入烟云之中。烟云在被风吹走的过程中，一些较大的尘埃逐渐降至地面，以放射性物质的形式对人和物体造成伤害，而那些微细的尘埃，则将长久地漂浮于空气之中。而光辐射又会在城市和森林中引起大火，大火所产生的滚滚浓烟在上升的过程中，必然与那些漂浮着的尘埃相遇，从而一起随着西风带环绕地球作周而复始的旋转，并不断地向南方方向扩散，最后即形成一个弥漫于整个空间的遮挡层。

 如果在一场核战争中使用50亿吨以上当量的核武器，不仅将有20多亿人成为直接受害者，而且会使世界上的气候发生重大变化，地面温度平均下降低至10℃以下，并持续数周以上。最后，地球上的相当一部分生命，包括人类在内，将在一场核大战中消失。

1815年4月，印尼的一座火山爆发，喷出数以万吨计的火山灰，升入高空，悬浮于空气之中弥月不散，结果使世界上许多地方出现异常的冬天，美国的纽约州竟下了一场六月雪。据科学家考证，大约在六七千万年以前，一颗小行星突然撞击地球爆炸，顿时地球上山崩地裂，火焰冲天，烟尘升向高空，遮天蔽日，久而不散，地球处于一片昏暗之中。由于大量烟尘持久地遮挡阳光，使地球气温陡然下降，进入了一个漫长而寒冷的冬天，茂密的植被大部冻死，恐龙等生物和动物遭到灭顶之灾。

过去人们以为核大战仅仅使核爆炸地区造成大量伤亡和破坏，1988年5月23日联合国警告世界，核大战不仅可以直接杀伤数亿人的生命，而且严重地破坏地球气候和生态环境，有的地质学家认为恐龙就是由于宇宙物体撞击地球造成森林大火，碳灰弥漫空中，犹如核爆炸，使地表气温下降，气候恶化，导致恐龙无法适应而灭绝。

目前，世界上有5万多个核弹头，约达200亿吨梯恩梯当量的核武器，一旦发生核战争，地球上会不会出现类似的核冬天呢？这个问题引起五位美国科学家的注意。他们经过一年半的研究，于1983年10月正式提出“核冬天效应”的理论，从而引起全世界的关注，日本还专门拍摄了《地球冻结》的科幻影片。研究者以美苏使用核武库中40％核武器（50亿吨）在北半球进行核战争为背景建立物理模型，利用公开发表的核武器性能数据建立数学模型，终于得出这样的推论：在一场50亿吨当量的核大战中，可将9.6亿吨微尘和2.25亿吨黑烟掀入空中，射向地球的阳光被这些黑烟的微粒吸收而变热，变热后的黑烟又产生一股上升气流，将黑色微粒子推向30公里高的同温层，使臭氧层遭到破坏。这样，整个地球就会变成暗无天日的灰色世界，厚厚的烟云遮盖着天空，终日不散，陆地再也见不到阳光，白天和夜晚难以区分，气温急剧下降，绿色植被冻死，海洋河流冻结，地球生态遭到严重破坏，人类生存条件被毁于一旦。这就是核冬天和核冬天效应所带来的悲惨世界。之前人们虽然对核战有一定的恐惧，但众所周知的是，美苏两国均拥有可以抵御核袭击的军事基地，因此“相互毁灭”理论并没有绝对的威慑性。而“核冬天”理论的提出，则使人们彻底明白了核战的毁灭效应，没有哪个国家可以储存数百年的食物，没有哪个国家可以在核战袭击后还有干净的空气，没有任何一个人可以在核大战后活下来。

1982年初，联邦德国麦克斯普朗克化学研究所所长保罗·克鲁兹和美国科罗拉多大学环境学家约翰·伯克斯在美国加利福尼亚州圣巴巴拉举行的科学家会议上正式发表了他们多年研究的学术成果，题目是——《核战后的大气层：昏暗的中午》。他们认为，一场核战争核爆炸引起的大火所产生的烟灰云将会使地球上的气候发生重大的变化，白日不见阳光。这一学术报告后来全文刊登在1982年瑞典出版的第期《环境》杂志上。当时他们虽然还没有把这种现象称为核冬天，但它的客观效应，却启示了另一些科学家的潜在意识——美国康奈尔大学天文学家卡尔·

萨根长期从事太空气象研究。早在1971年，美国“水手”9号宇宙探测器进入火星轨道后，发回了火星被其风暴掀起的尘埃所遮盖的照片，就引起了卡尔。萨根的注意，并对这一现象进行了连续3个月的跟踪监测。结果发现，升到火星上层大气中的这些尘埃能大量吸收阳光，并使这一层的大气加热，而火星表面则变得黑暗不清，温度很低。1983年初，当卡尔。萨根从瑞典《环境》杂志上看到《核战争后的大气层：昏暗的中午》论文后，思维豁然开朗，这一问题与他的研究成果相结合，具有重大的潜在意义和深远影响。由于问题重大，他又感到个人力量之不足，于是，他迅速会同美国航天局的另外四位着名科学家：科特，图恩，阿科曼，波拉克，组成小组，利用物理模型，核战争模型，就一场大规模核战争产生的烟云和尘埃对地球大气的影响进行了全面深入的研究。小组五位科学家，经过一年半的努力，初步攻克了这一课题。1983年0月31日，在华盛顿召开了“核战争以后的世界——关于核战争带来的长期的全球性生物学后果讨论会”，有苏美等近20个国家的500名正式代表参加。与会代表中有科学家，各国的外交使节和官员以及来自美国各地的政府官员，教育学家，环境问题专家，企业界领导人，外交政策制定者和军界头面人物。会上。小组联名宣讲了他们的学术报告，题目是《核冬天：大量核爆炸造成的严重后果》。会议还安排了一个90分钟的电视节目，即与由着名的苏联科学家组成的小组进行电视对话。苏联人的研究结果证实了美国科学家的观点。在这个划时代的华盛顿会议之后，又有许多详细的研究工作证实了，兀'小组的计算结果是正确的，地球上的生命正面临着核冬天的严重威胁。这篇报合后来公开刊登在美国1983年2月23日出版的《科学》杂志上。

2000年，戈尔巴乔夫说：“俄罗斯和美国科学家建立的模型显示，核战争会导致核冬天的出现，极大地危害地球上所有的生命；因此，这一信息对我们，对于尊、正直的人们来说，是一个巨大的冲击，促使我们采取行动。”最新分析表明，即使是小型战争也会带来类似的全球性灾难。例如，印度和巴基斯坦发生核战争会导致足够可怕的后果，如果在工业城市和工业区投放一百枚核弹（仅占全球25，000枚核弹头的0.4%），就会产生足够的烟尘，导致全球农业瘫痪，而即使在地理上远离冲突的国家也一样会备受其害。核爆炸点燃的大火将使浓烟在两天之内通过对流层。太阳将加热这些微小的粒子，使得它们上升至平流层，由于平流层从来不会发生降水，因此，粒子在平流层中覆盖地球表面的时间就将达到10年之久。

在每一个核爆炸地点上空，都会腾起一股巨大的由尘土和烟灰构成的柱状云团。核冬天这股云团上升到大气层5～10英里乃至更高的地方，然后沿着水平方向四处扩散，很像暴风雨来临前的“铁钻”状积雨云，接着又合拢到一块。核打击次日的清晨将没有黎明，中午时分天空仍会一片漆黑，这种黑暗将持续若干星期。在此期间，气温将日复一日地下降。在大陆内地，气温总计可能下降40℃（72Ｆ），这足以变夏日为冬日，变冬日为北极的冰天雪地。至于在沿海地区，例如在英国大部分地区，气温下降会少得多，可能只下降15℃（27Ｆ）。这是由于海洋温室效应的缘故。但即便如此，沿海地区气温的变化也足以变夏季为冬季了。要知道在正常情况下，英国四季的气温差本来就不像大陆性气候那样明显，这当然也是出于海洋温室效应的作用。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，将会导致因饥荒、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。