Ydinterrorismi on tällä hetkellä hypoteettinen mahdollisuus, että terroristit voivat hankkia ja käyttää radioaktiivisia aineita tuhoaviin tarkoituksiin. Esimerkiksi laajalla alueella räjäytetty ”likainen pommi” (säteilyase) voi maksaa kymmeniä tai satoja miljoonia dollareita puhdistamisesta. Tällainen likainen pommi ei ole korostetusti sama asia kuin ydinpommi – se koostuisi vain radioaktiivisesta materiaalista, jonka tavanomainen pommi hajottaa radioaktiivisen saastumisen vuoksi. Tietenkin terroristien ydinaseita pidettäisiin myös eräänlaisena ydinterrorismina.
Turvallisuusasiantuntijat ympäri maailmaa pitävät ydinterrorismia uskottavana riskinä, ja jotkut johtavat analyytikot pitävät vain ajan kysymystä, ennen kuin terroristit räjäyttävät likaisen pommin tai ydinaseen suurkaupungissa. Likaisen pommin vaikutus olisi ensisijaisesti psykologinen – useat analyysit ovat osoittaneet, että se aiheuttaisi vain vähän uhreja, vaikka massan paniikki voi olla uskomattoman tuhoisaa. Ydinase voi kuitenkin tappaa muutaman sadan ja yli miljoonan ihmisen välillä sen tuotosta ja räjähdyspaikasta riippuen.
Useat terroristiryhmät ovat ilmaisseet kiinnostuksensa hankkia ydinterrorismin toteuttamiseen tarvittavat materiaalit, erityisesti rikastettua uraania, jota voitaisiin käyttää ydinpommin rakentamiseen. Osama bin Laden on kutsunut ydinpommin rakentamista pyhäksi tehtäväksi Al -Qaidalle. Tätä lukuun ottamatta on kuitenkin ollut vain muutamia konkreettisia todisteita siitä, että ääriliikkeet aikovat hankkia materiaalia ydinterrorismia varten.
Marraskuussa 2006 brittiläinen tiedustelujärjestö MI5 varoitti, että islamilaiset terroristit aikovat räjäyttää ydinpommin Yhdistyneessä kuningaskunnassa, mutta ei tiedetä, kuinka hienostunut tämä suunnittelu oli. Kesäkuussa 2007 Fox News väitti, että FBI kertoi lehdistölle, että Adnan Gulshair el Shukrijumah oli vastuussa ydinpommien räjäytyksen suunnittelusta useissa Yhdysvaltojen kaupungeissa, mutta tätä ei ole vahvistettu itsenäisesti.
Ennen kaikkea marraskuussa 2007 60 minuuttia raportoi, että murtovarkaat tunkeutuivat Pelindaban ydintutkimuslaitokseen Pretorian lähellä Etelä -Afrikassa, mutta pakenivat ilman rikastettua uraania. Näitä murtovarkaita ei koskaan tunnistettu.