Terorismul nuclear este posibilitatea ipotetică în prezent ca teroriștii să obțină și să utilizeze materiale radioactive în scopuri distructive. De exemplu, o „bombă murdară” (armă radiologică) detonată pe o zonă largă ar putea costa zeci sau sute de milioane de dolari pentru curățare. O astfel de bombă murdară nu este în mod evident același lucru cu o bombă nucleară – ar consta doar dintr-un material radioactiv explodat de o bombă convențională, în scopul de a provoca contaminare radioactivă. Desigur, o armă nucleară teroristă ar fi considerată și un tip de terorism nuclear.
Experții în securitate din întreaga lume consideră terorismul nuclear un risc plauzibil, iar unii analiști de frunte consideră că este doar o chestiune de timp înainte ca o bombă murdară sau o armă nucleară să fie detonată de teroriști într-un oraș important. Impactul unei bombe murdare ar fi în primul rând psihologic – mai multe analize au descoperit că ar provoca puține victime, deși panica în masă ar putea fi incredibil de distructivă. Cu toate acestea, o armă nucleară ar putea ucide oriunde între câteva sute și peste un milion de oameni, în funcție de randamentul ei și de locul în care este detonată.
Mai multe grupuri teroriste și-au exprimat interesul pentru obținerea materialelor necesare comiterii terorismului nuclear, în special a uraniului îmbogățit care ar putea fi folosit pentru construirea unei bombe nucleare. Osama bin Laden a numit construirea unei bombe nucleare o misiune sfântă pentru Al Qaeda. Cu toate acestea, în afară de aceasta, au existat puține cazuri concrete de dovezi ale extremiștilor care plănuiesc să obțină materiale pentru terorismul nuclear.
În noiembrie 2006, organizația britanică de informații MI5 a avertizat că teroriștii islamici plănuiau să detoneze o bombă nucleară într-un oraș din Marea Britanie, dar nu se știe cât de sofisticată a fost această planificare. În iunie 2007, Fox News a susținut că FBI a spus presei că Adnan Gulshair el Shukrijumah a fost responsabil pentru planificarea detonării bombelor nucleare în mai multe orașe din SUA, dar acest lucru nu a fost coroborat în mod independent.
Mai tangibil, în noiembrie 2007 a fost raportat de 60 Minutes că hoții s-au infiltrat în instalația de cercetare nucleară Pelindaba de lângă Pretoria, Africa de Sud, dar au scăpat fără uraniu îmbogățit. Acești hoți nu au fost niciodată identificați.