Tuumatalv on teoreetiline kontseptsioon, mille on esitanud mõned teadlaskonna liikmed. See sai alguse 1982. aastal koos John Birksi ja Paul Crutzeniga. Lühidalt öeldes võib suure hulga tuumarelvade plahvatamine vallandada globaalses kliimas dramaatilised muutused, põhjustades äärmist külma ja potentsiaalselt tõsiseid probleeme Maad kutsuvatele elusorganismidele. Tuumatalve võimalikkuse kohta on tehtud arvukalt uuringuid ja raske on tõestada, et see juhtuks tuumasõja korral, kuid see on üks paljudest argumentidest, mida kasutatakse teiste riikide tuumarünnakute vastu.
Teooriate kohaselt põhjustaks tuumatalve tohutu tolmu-, suitsu- ja tahkete osakeste pilv, mis tuleneb ulatuslikest detonatsioonidest üle maailma linnade kohal. Kuna linnad ja ümbritsevad piirkonnad põlesid, võisid nad atmosfääri süstida tohutul hulgal materjali, tõkestades aeglaselt päikesevalguse. Kuna päikesevalgus ei pääseks Maale, langeks globaalne temperatuur dramaatiliselt ja meie toidutootmise võime väheneks oluliselt.
Teadlased on ka oletanud, et tuumarelvade ulatuslik plahvatus võib kahjustada osoonikihti. Kuna kahjulik UV-kiirgus võib tungida läbi tahkete osakeste kihti, on inimestel siiski oht UV-kiirgusega kokku puutuda, hoolimata sellest, et oleks pime ja külm. Inimesi ohustaks kukkumine. See võib koos vähese toidutootmisega ohustada paljusid organisme Maal, alates inimestest kuni lindudeni.
Enamik tuumatalve käsitlevaid uuringuid osutab sellele, et sellises mastaabis kliimamuutuste vallandamiseks on vaja lõhata suur hulk tuumarelvi; midagi sarnast poolte teadaolevate tuumaseadmetega Maal. Samuti on välja pakutud, et detonatsioonid peaksid olema üksteisele üsna lähedal, luues püsiva materjalivoo, mis jõuaks atmosfääri. Tuumatalv mõjutab tõenäoliselt tõenäolisemalt ka põhjapoolkera, kuna just seal asub suurem osa potentsiaalsetest tuumasihtmärkidest.
Tuumatalve teooria kriitikud on väitnud, et kuigi me võime näha mõningast kliimamuutust, poleks see nii dramaatiline, kui tuumatalve teooria pakub. Need kriitikud viitavad sellele, et vihm ja tuul puhastavad tahked osakesed atmosfäärist. Teooria pooldajad on aga juhtinud tähelepanu sellele, et tohutud vulkaanipursked on ajalooliselt põhjustanud kliimamuutusi, paiskades atmosfääri suitsu ja tuha voogusid, ning ka Kuveidi naftapõlengute kliimamõju Esimese Lahesõja ajal kinnitab teooriat. .