En 1983, R.P. Turco, O.B. Toon, T.P. Ackerman, J.B. Pollack y Carl Sagan (denominados TTAPS) publicaron un artículo titulado «Global Atmospheric Consequences of Nuclear War» (Consecuencias Atmosféricas Globales de la Guerra Nuclear), que es el fundamento en el que se basa la teoría del invierno nuclear.
La teoría afirma que las explosiones nucleares desencadenarán tormentas de fuego sobre muchas ciudades y bosques dentro del alcance. Grandes columnas de humo, hollín y polvo serían enviadas al aire desde estos incendios, elevadas por su propio calentamiento a grandes altitudes donde podrían ir a la deriva durante semanas antes de volver a caer o ser arrastradas por la atmósfera hacia el suelo. Varios cientos de millones de toneladas de este humo y hollín serían arrastrados por los fuertes vientos de oeste a este hasta formar un cinturón uniforme de partículas que rodearía el hemisferio norte.
Estas densas nubes negras podrían bloquear toda la luz del sol, excepto una fracción, durante un período tan largo como varias semanas. Las condiciones de semioscuridad, heladas mortales y temperaturas bajo cero, combinadas con las altas dosis de radiación de la lluvia radiactiva, interrumpirían la fotosíntesis de las plantas y podrían destruir gran parte de la vegetación y la vida animal de la Tierra. El frío extremo, los altos niveles de radiación y la destrucción generalizada de las infraestructuras industriales, médicas y de transporte, junto con los suministros de alimentos y las cosechas, provocarían una muerte masiva por inanición, exposición y enfermedad.
No es seguro que una guerra nuclear produzca un efecto de invierno nuclear. Sin embargo, sigue siendo una posibilidad y el estudio del TTAPS concluyó: «…no se puede excluir la posibilidad de la extinción del Homo Sapiens».