Kärnvapenterrorism är den för närvarande hypotetiska möjligheten att terrorister kan erhålla och använda radioaktivt material i destruktiva syften. Till exempel kan en ”smutsig bomb” (radiologiskt vapen) som detoneras över ett stort område kosta tiotals eller hundratals miljoner dollar att städa upp. En sådan smutsig bomb är helt klart inte samma sak som en kärnvapenbomb – den skulle bara bestå av ett radioaktivt material som sprängts isär av en konventionell bomb, i syfte att orsaka radioaktiv kontaminering. Naturligtvis skulle ett terroristkärnvapen också betraktas som en typ av kärnvapenterrorism.
Säkerhetsexperter över hela världen anser att kärnvapenterrorism är en rimlig risk, och vissa ledande analytiker anser att det bara är en tidsfråga innan en smutsig bomb eller ett kärnvapen detoneras av terrorister i en storstad. Effekten av en smutsig bomb skulle i första hand vara psykologisk – flera analyser har visat att den skulle orsaka få offer, även om masspaniken kan vara otroligt destruktiv. Ett kärnvapen kan dock döda någonstans mellan några hundra och över en miljon människor, beroende på dess avkastning och var det detoneras.
Flera terroristgrupper har uttryckt intresse för att skaffa det material som behövs för att begå kärnvapenterrorism, särskilt det anrikade uran som kan användas för att bygga en kärnvapenbomb. Usama bin Ladin har kallat byggandet av en kärnvapenbomb för ett heligt uppdrag för Al Qaida. Men bortsett från detta har det förekommit få konkreta bevis på att extremister planerar att skaffa material för kärnvapenterrorism.
I november 2006 varnade den brittiska underrättelseorganisationen MI5 för att islamiska terrorister planerar att detonera en kärnvapenbomb i en brittisk stad, men det är inte känt hur sofistikerad denna planering var. I juni 2007 hävdade Fox News att FBI berättade för pressen att Adnan Gulshair el Shukrijumah var ansvarig för att planera detonationen av kärnvapenbomber i flera amerikanska städer, men detta har inte bekräftats oberoende.
Mer påtagligt, i november 2007 rapporterades det av 60 Minutes att inbrottstjuvar infiltrerade Pelindaba kärnforskningsanläggning nära Pretoria, Sydafrika, men flydde utan något anrikat uran. Dessa inbrottstjuvar identifierades aldrig.