Im Jahr 1983 veröffentlichten R.P. Turco, O.B. Toon, T.P. Ackerman, J.B. Pollack und Carl Sagan (genannt TTAPS) eine Abhandlung mit dem Titel „Global Atmospheric Consequences of Nuclear War“ (Globale atmosphärische Folgen eines Atomkriegs), die die Grundlage für die Theorie des nuklearen Winters bildet.
Die Theorie besagt, dass nukleare Explosionen Feuerstürme über vielen Städten und Wäldern in Reichweite auslösen werden. Große Rauch-, Ruß- und Staubwolken würden von diesen Bränden in die Luft geschickt und durch ihre eigene Erhitzung in große Höhen gehoben, wo sie wochenlang treiben könnten, bevor sie zurückfallen oder aus der Atmosphäre auf den Boden gewaschen werden. Mehrere hundert Millionen Tonnen dieses Rauchs und Rußes würden durch starke West- bis Ostwinde transportiert werden, bis sie einen gleichmäßigen Partikelgürtel bilden würden, der die nördliche Hemisphäre umgibt.
Diese dicken schwarzen Wolken könnten das Sonnenlicht bis auf einen Bruchteil für mehrere Wochen ausblenden. Die Bedingungen der Halbdunkelheit, des tödlichen Frosts und der Temperaturen unter dem Gefrierpunkt in Verbindung mit den hohen Strahlungsdosen des nuklearen Niederschlags würden die Photosynthese der Pflanzen unterbrechen und könnten so einen Großteil der Vegetation und des tierischen Lebens auf der Erde vernichten. Die extreme Kälte, die hohe Strahlung und die weitreichende Zerstörung der industriellen, medizinischen und verkehrstechnischen Infrastrukturen sowie der Lebensmittelvorräte und Ernten würden zu einer massiven Zahl von Todesopfern durch Verhungern, Ausgesetztsein und Krankheiten führen.
Es ist nicht sicher, dass ein Atomkrieg einen nuklearen Winter auslösen würde. Es bleibt jedoch eine Möglichkeit, und die TTAPS-Studie kam zu dem Schluss: „…die Möglichkeit des Aussterbens des Homo Sapiens kann nicht ausgeschlossen werden.“