El terrorismo nuclear es la posibilidad hipotética actual de que los terroristas puedan obtener y utilizar materiales radiactivos con fines destructivos. Por ejemplo, una «bomba sucia» (arma radiológica) detonada en un área amplia podría costar decenas o cientos de millones de dólares para limpiar. Una bomba tan sucia no es, enfáticamente, lo mismo que una bomba nuclear: simplemente consistiría en un material radioactivo destruido por una bomba convencional, con el propósito de causar contaminación radioactiva. Por supuesto, un arma nuclear terrorista también se consideraría un tipo de terrorismo nuclear.
Los expertos en seguridad de todo el mundo consideran que el terrorismo nuclear es un riesgo plausible, y algunos analistas destacados lo consideran solo una cuestión de tiempo antes de que los terroristas detonen una bomba sucia o un arma nuclear en una ciudad importante. El impacto de una bomba sucia sería principalmente psicológico: varios análisis han encontrado que causaría pocas víctimas, aunque el pánico masivo podría ser increíblemente destructivo. Sin embargo, un arma nuclear podría matar entre unos pocos cientos y más de un millón de personas, dependiendo de su rendimiento y de dónde se detonó.
Varios grupos terroristas han expresado interés en obtener los materiales necesarios para perpetrar el terrorismo nuclear, especialmente el uranio enriquecido que podría usarse para construir una bomba nuclear. Osama bin Laden ha calificado la construcción de una bomba nuclear como una misión sagrada para Al Qaeda. Sin embargo, aparte de esto, ha habido pocos casos concretos de evidencia de extremistas que planean obtener materiales para el terrorismo nuclear.
En noviembre de 2006, la organización de inteligencia británica MI5 advirtió que terroristas islámicos planeaban detonar una bomba nuclear en una ciudad del Reino Unido, pero no se sabe qué tan sofisticada era esta planificación. En junio de 2007, Fox News afirmó que el FBI le dijo a la prensa que Adnan Gulshair el Shukrijumah era responsable de planificar la detonación de bombas nucleares en varias ciudades de Estados Unidos, pero esto no ha sido corroborado de forma independiente.
Más tangiblemente, en noviembre de 2007 60 Minutes informó que los ladrones se infiltraron en la instalación de investigación nuclear de Pelindaba cerca de Pretoria, Sudáfrica, pero escaparon sin uranio enriquecido. Estos ladrones nunca fueron identificados.