La guerra nuclear és un tipus de guerra que es duu a terme mitjançant l'ús d'armes nuclears, una classe d'arma de destrucció massiva. Pot tractar-se d'una "guerra nuclear limitada" o una "guerra nuclear total". Aquest tipus de conflagració té les seves pròpies teories, estratègies, tàctiques i conceptes, diferents de les de la guerra convencional, que han anat variant al llarg de les dècades. Pot lliurar-se en terra, mar, aire, l'espai i fins i tot en el subsòl, a distintes escales, amb mitjans molt diferents.
S'ha postulat que, en una guerra nuclear total, la radiació i el canvi climàtic producte de la mateixa deixarien l'atmosfera de la Terra molt afectada i possiblement l'espècie humana i la resta d'éssers vius del món sofririen els efectes d'un hivern nuclear. Els supervivents haurien de realitzar la reconstrucció de les infraestructures del planeta en unes condicions molt difícils. La flora i la fauna es veurien afectades per centenars de mutacions.
Fins al moment, l'única batalla nuclear de la història ha estat el bombardeig estratègic de les ciutats japoneses d'Hiroshima i Nagasaki per part dels Estats Units, que van conduir a finalitzar la Segona Guerra Mundial. Aquestes dues bombes van causar entorn de 200.000 morts i un nombre encara major de ferits i afectats, la majoria civils. Malgrat això, l'escàs nombre i reduïda potència d'aquestes armes primitives no permeten col·legir els resultats d'una guerra nuclear a gran escala amb armament contemporani.
Alguns autors apunten que una guerra nuclear a gran escala equivaldria a un esdeveniment lligat a l'extinció. Sense arribar a aquest extrem, existeixen pocs dubtes sobre la seva capacitat per a aniquilar pobles, nacions i models de civilització sencers, amb centenars i fins i tot milers de milions de baixes.
La possibilitat d'una destrucció completa de la civilització humana a conseqüència de la guerra nuclear va inspirar també el moviment pacifista contemporani, a partir dels treballs del Comitè d'Emergència dels Científics Atòmics, compost per nombroses personalitats que havien participat en el desenvolupament de les primeres armes d'aquest tipus i eren plenament conscients de les seves possibilitats aniquil·ladores. Entre aquests, es comptaven Albert Einstein, Harold C. Urey, Linus Pauling i Leó Szilárd.
A causa del seu enorme poder devastador, les armes nuclears han estat freqüentment objecte de nombrosos tractats i negociacions internacionals, i estan subjectes a règims de vigilància, protecció i inspecció especials.
La guerra nuclear és un recurs utilitzat comunament en la literatura de ciència-ficció que es va posar de moda durant la Guerra Freda a causa de la tensió entre les dues superpotències, ambdues posseïdores d'armes nuclears, el que va derivar en multitud de relats en els quals les armes nuclears i els seus efectes eren les protagonistes. L'aparent inevitabilitat d'aquest conflicte en cas d'un enfrontament entre grans potències ha conduït a moltes persones a considerar que "guerra nuclear" i "Tercera Guerra Mundial" són sinònims en la pràctica.
La guerra nuclear ha inspirat també nombrosos autors i artistes com a símbol del mal, l'abús de la raó d'estat, la violència, la mort o la destrucció absoluta.