За що став вже загальновизнаними оцінками, в результаті виносу в стратосферу великої кількості диму і сажі від великих пожеж, спричинених вибухом 30 - 40 % накопичених у світі ядерних боєзарядів, в результаті істотного підвищення кількості відбитих сонячних променів, температура на планеті повсюдно знизиться до арктичної. Така зміна кліматичних умов життя на Землі і називається ядерною зимою.

Суворість ядерної зими залежить від наступних факторів:

1. Кількість сажі, яке виникне і буде викинуто в тропосферу у разі великомасштабної ядерної війни.
2. Вплив сажі на температуру Землі.
3. Час знаходження сажі у верхніх шарах атмосфери.
4. Вплив похолодання на виживання людей.

Враховуючи невизначеність в моделях, а також можливість затяжної ядерної війни та інших причин затемнення атмосфери, можна припустити такі теоретичні варіанти ядерної зими:

1. Падіння температури на один градус в рік, не надає значного впливу на людську популяцію (як після виверження вулкану Пінатубо в 1991 році).

2. «Ядерна осінь» - зниження температури на 2-4 °С протягом кількох років; неврожаї, урагани.

3. «Рік без літа» - інтенсивні, але відносно короткі холоду протягом року, загибель значної частини врожаю, голод і смерть людей від холоду в деяких країнах. Це вже відбувалося після великих вивержень вулканів в VI столітті н. е.., в 1783 році, в 1815 році.

«Десятирічна ядерна зима» - падіння температури на всій Землі за 10 років приблизно на 30 - 40 °С. Цей сценарій мається на увазі моделями ядерної зими. Випадання снігу на більшій частині планети, за винятком деяких екваторіальних приморських територій. Масова загибель людей від голоду, холоду, а також від того, що сніг буде накопичуватися і утворювати багатометрові товщі, руйнують будівлі і перекривають дороги. Велика частина населення Землі загине, проте мільйони людей виживуть і збережуть ключові технології. Ризики: продовження війни за теплі місця, невдалі спроби зігріти нашу планету з допомогою нових ядерних вибухів і штучних виверження вулканів, перехід в некерований нагрівання ядерного літа. Однак навіть якщо допустити цей сценарій, виявиться, що одного тільки світового запасу рогатої худоби (який замерзне на своїх фермах і буде зберігатися в таких природних «холодильниках») вистачить на роки прохарчування усього людства, а Фінляндія має стратегічний запас їжі (зерна) на 10 років.

Новий льодовиковий період. Є гіпотетичним продовженням попереднього сценарію, в ситуації, коли відображає здатність Землі зростає за рахунок снігу, і починають наростати нові крижані шапки від полюсів вниз, до екватора. Однак частина суші біля екватора залишається придатною для життя і сільського господарства. В результаті цивілізації доведеться радикально змінитися. Важко уявити величезні переселення народів без воєн. Багато видів живих істот вимруть, але значна частина біосфери вціліє, хоча люди будуть знищувати її ще більше безжально в пошуках хоч якоїсь їжі. Люди вже пережили кілька льодовикових періодів, які могли початися досить різко в результаті вивержень сверхвулканов і падінь астероїдів (виверження вулкана Тоба, Элатинская кометная катастрофа).

6. Необоротне глобальне похолодання. Воно може бути наступною фазою льодовикового періоду (при найгіршому розвитку подій). На всій планеті на геологічно тривалий час встановиться температурний режим, як в Антарктиді, океани замерзнуть, суша покриється товстим шаром льоду.
Тільки високотехнологічна цивілізація, здатна будувати величезні споруди під льодом, може пережити
таке лихо, але така цивілізація могла б, ймовірно, знайти спосіб повернути назад цей процес. Життя може вціліти тільки близько геотермальних джерел на морському дні. Останній раз Земля увійшла в це стан приблизно 600 млн років тому, тобто до виходу тварин на сушу, і змогла вийти з нього тільки завдяки накопичення С02 в атмосфері.

7. Нарешті, у випадку, якщо б Сонце взагалі перестало світити, найгіршим результатом було б перетворення всієї атмосфери в рідкий азот.

Інтеграція вражаючих факторів зброї

Помірна за масштабами ядерна зима, супроводжується помірним радіоактивним поразкою, може дати «синергетичний ефект, що перевершує по силі навіть саму потужну ядерну зиму, взяту окремо.

Наприклад, як вже було сказано, у випадку «чистої» ядерної зими люди зможуть багато років харчуватися худобою, який замерз у себе в стійлах і добре зберігся. У випадку радіоактивного зараження такої можливості не буде. Вибуховими хвилями по всьому світу будуть зруйновані будинки, а там, де вони збережуться, будуть вибиті шибки, і це зробить більш складною захист від радіації і холоду.

Топити радіоактивним лісом буде небезпечно. Ці фактори посиляться руйнуванням найбільш цінних об'єктів інфраструктури за рахунок прямої дії вражаючих факторів ядерної зброї.

Ядерна зима як вид озброєння

Можна припустити, що якщо якась сила задасться метою влаштувати ядерну зиму штучно, то вона може організувати, підірвавши водневі бомби в кам'яновугільних шахтах або в тайзі. Це, можливо, дасть незмірно більший викид сажі, ніж атака на міста. Якщо встановити водневі бомби з таймером на різні терміни, то можна підтримувати ядерну зиму необмежено довго. Теоретично, таким чином можна досягти сталого мирного стану «білого холодного кульки», що відображає весь сонячний світ, з повним вимерзанням океанів.

Ініціація виверження сверхвулкана з допомогою ядерної зброї також призведе до аналогу «ядерної зими» - до вулканічної зими. Спроби людей виправити ситуацію з допомогою штучно створеної ядерної зими або ядерного літа, можуть тільки посилити проблеми за рахунок переходу клімату в режим розгойдування.

Окремо можна виділити теорію ядерного літа, яка передбачає, що після ядерної зими, а може бути і замість неї, настане значне підвищення температури Землі, яке може небезпечно підсумовуватися з вже наявним ефектом глобального потепління, перевівши його в закритическую стадію з ростом температури на десятки градусів.

Фактори, які можуть призвести до ядерного літа: випадання сажі на льодовики; утворення оксидів азоту при вибухах, що руйнують озоновий шар і ведуть до вимирання рослинності, поглинають діоксид вуглецю; зміна альбедо чинності опустелювання і виділення діоксиду вуглецю при пожежах. Крім того, перестане працювати бар'єр, що не дає водяної пари потрапити в стратосферу, а потім, коли він знову включиться, десятки мільярдів тонн води виявляться замкнені в стратосфері, і вони можуть створити парниковий ефект додаткові 8°С величиною, як стверджує Рональд у своїй статті «Ядерна зима і інші сценарії». Крім того, він припускає, що ядерну зиму можна використовувати як зброю, при цьому перемагає країна, яка накопичила найбільші запаси продовольства і має найкраще тепле житло.

Ядерне літо набагато небезпечніше ядерної зими, так як людина легше переносить охолодження, нагрів (тобто, якщо прийняти кімнатну температуру 20°С, то людина переносить мороз на вулиці - 50°С, тобто на 70°С нижче, але зможе витримати підйом температури не більше ніж на 30°С, тобто не вище 50°С. Крім того, системи обігріву можуть працювати автономно (вцілілі ліси як джерело дров + пічка), а холодильники вимагають наявності стійкої централізованої інфраструктури (виробництво холодильників + електроенергії). Зберігання продуктів харчування при різкому потеплінні стане вкрай ускладнено - вони згниють, будуть зіпсовані шкідниками або згорять. Таким чином, ядерне літо створює набагато більший ризик вимирання, ніж ядерна зима.

Особливість глобального зараження в тому, що воно здатне рівномірно поширитися по всій поверхні Землі і проникнути всюди за рахунок природної конвекції атмосфери, а також в тому, що воно настільки довго, що його не можна перечекати в існуючих зараз автономних притулках.

Найбільш відомий сценарій такого роду - застосування кобальтових бомб, тобто бомб з підвищеним виходом радіоактивних речовин. Кобальтові бомби являють собою водневі бомби, оточені оболонкою з кобальту-59, перетворюється в радіоактивний ізотоп кобальт-601. Проект бомби, здатної заражати цілі континенти, запропонував Лео Сцилард в 1950 році. Кобальт-60 має період напіврозпаду 5,26 року, тому забруднення, створюване ним, буде тривалим і його буде важко перечекати в бункері.