El invierno volcánico es bastante similar al invierno nuclear en el sentido de que el invierno es causado por la ceniza. Un invierno volcánico significa una reducción de las temperaturas globales causada por la ceniza volcánica y las gotas de ácido sulfúrico que oscurecen el Sol y elevan el albedo de la Tierra después de una gran erupción volcánica particularmente explosiva. Los efectos de enfriamiento a largo plazo dependen principalmente de la inyección de compuestos de sulfuro en forma de aerosol en la atmósfera superior (estratosfera), el nivel más alto y menos activo de la atmósfera inferior donde se producen pocas precipitaciones, por lo que se necesita mucho tiempo para lavar los aerosoles fuera de la región.
Uno de los efectos sobre la vida es el cuello de botella de la población. Algunos investigadores atribuyen las causas de este efecto a los inviernos volcánicos. Según el antropólogo Stanley Ambrose, estos eventos disminuyen las poblaciones a «niveles lo suficientemente bajos como para que los cambios evolutivos, que ocurren mucho más rápido en poblaciones pequeñas, produzcan una rápida diferenciación poblacional». Con el cuello de botella de Toba, muchas especies muestran efectos masivos de estrechamiento del acervo genético, y se cree que Toba casi exterminó a la humanidad.
Los efectos de las erupciones volcánicas en los inviernos recientes son modestos en escala, pero históricamente han sido significativos. Por ejemplo, algunos investigadores del Instituto Nacional de Gestión de Desastres de Corea afirman que si el volcán del monte Baekdu entrara en erupción, se produciría un efecto natural de enfriamiento del clima debido a las cenizas volcánicas. Además, el caso real más reciente, la explosión en 1991 del Monte Pinatubo, un estratovolcán en Filipinas, enfrió las temperaturas globales durante unos 2-3 años. En 1883, la explosión del Krakatoa creó condiciones de invierno volcánico. Los cuatro años siguientes a la explosión fueron inusualmente fríos, y el invierno de 1887-1888 incluyó potentes ventiscas. Se registraron nevadas récord en todo el mundo.