במסיבת עיתונאים שהתקיימה בשעה 07:00, למחרת רעידת האדמה, הודיעה חברת החשמל של טוקיו כי "מדידות שנעשו על ידי רכב ניטור, במטרה לאתר חומרים רדיואקטיביים (יוד וחומרים אחרים), הצביעו על עלייה בערכים לעומת ערכים רגילים. אף באחת מתחנות המדידה הקבועות נמצאו ערכים גבוהים מן הרגיל." בשער הראשי של תחנת הכוח נמדדה ב-12 במרץ, בשעה 04:00 קרינה בשיעור 69 גריי, בעוד ש-40 דקות מאוחר יותר נמדדה באותו מקום קרינה בשיעור 866 גריי. בשעה 10:30 הגיעה הקרינה לשיא של 3855 גריי. בשעה 13:30 גילו עובדי התחנה חומרים רדיואקטיביים: צסיום-137 ויוד-131 סמוך לכור מספר 1. ממצא זה העיד על נזק למוטות הדלק בכור. מפלס המים בליבת הכור היה כה נמוך עד כי חלקים ממוטות הדלק הגרעיני נחשפו וככל הנראה החלו להינמס. רמות הקרינה סביב יחידת הכור מספר 1 היו מעל למותר על פי התקנות. ב-14 במרץ המשיכו רמות הקרינה במתחם הכור לעלות וב-16 במרץ הגיעו לרמה של 10.850 סיוורט לשעה.
הפיצוץ.
ב-12 במרץ, בשעה 07:00, פנה ראש ממשלת יפן נאוטו קאן למנהל תחנת הכוח בפוקושימה, מסאו יושידה, ושאל מדוע אין עובדיו פותחים את שסתומי הלחץ כדי לשחרר את לחץ הקיטור הגובר בליבת הכור. תשובתו של יושידה הייתה כי אינם מסוגלים לפתוח את השסתומים בגלל היעדר אספקת חשמל, ומכיוון שלא ניתן לשלוח עובדים לפתוח את השסתומים ידנית בגלל רמות הקרינה במקום. למרות זאת, כיוון שלחץ הקיטור והטמפרטורות בליבה המשיכו לעלות, בשעה 09:15 שלחה חברת החשמל עובדים כדי לפתוח את השסתומים באופן ידני. רמות הקרינה הגבוהות במקום האטו את קצב העבודה, והשסתומים לא נפתחו עד לשעה 14:30.
ב-12 במרץ, בשעה 15:36, אירע פיצוץ בבניין כור מספר 1. חלקם העליון של קירות המבנה עפו ממקומן מעוצמת הפיצוץ ושלד הפלדה של המבנה נחשף. תקרת המבנה התמוטטה אל רצפת המבנה ונפלה על חלק מן המכונות בחלקו המערבי. קירות המבנה נותרו שלמים באופן יחסי לפיצוצים מאוחרים יותר ביחידות 3 ו-4. הקלטות ממצלמות מעקב אשר תיעדו את הפיצוץ מראות כי עיקר כיוון ההדף היה לצידי המבנה.
גג המבנה נועד בעיקר להגן על מתקני הכור מפני השפעות מזג אוויר שגרתי ולא לעמוד בלחץ פיצוץ. בתחנת הכוח הגרעינית בפוקושימה הכלת הכור נעשה ב"באר יבשה" ו"באר רטובה", מבני בטון אשר הקיפו את תא הלחץ של ליבת הכור. הכלת הכור המשנית כללה קומה עליונה שבה בריכות מים ובהן היו מוטות הדלק המשומשים וחדשים וכן כלים ומבנים רדיואקטיביים.
מומחים שבחנו את מקור הפיצוץ הסכימו כי היה זה פיצוץ מימן. הסבירות הגבוהה היא שהמימן נוצר בתוך ליבת הכור, לאחר שירד מפלס המים וסגסוגת זירקוניום נחשפה לקיטור בטמפרטורות גבוהות, דבר שיצר מימן, אשר יצא דרך שסתומי הליבה אל חלל הבניין. אנשי חברת החשמל מסרו כי דפנות ליבת הכור נותרו כמעט ללא פגע ולא אירעו דליפות גדולות של חומר רדיואקטיבי, אף שנרשמה עלייה בקרינה לאחר מועד הפיצוץ. אולם דו"ח ועדת הבדיקה לבחינת האסון קבעה כי קיימת אפשרות שקרקעית ליבת הכור ניזוקה וייתכן כי חלק מן הדלק יצא מן הליבה והצטבר בתחתית הבאר היבשה. סבא"א הודיעה כי בפיצוץ בכור מספר 1, ב-13 במרץ, נפצעו ארבעה עובדים ושלושה פצועים אחרים נפגעו באירועים אחרים במבנה זה. דווח אף כי עובד אחד נחשף לרמות קרינה גבוהות מן הרגיל, אולם רמת הקרינה הייתה מתחת למוגדר כמצב חירום.
שימוש במי ים לקירור.
בשעה 20:05, ב-12 במרץ, ציוותה ממשלת יפן על שימוש במי ים לקירור כור מספר 1, בניסיון נוסף לקרר את ליבת הכור. צעד זה ננקט כאמצעי אחרון, כיוון שמשמעותו הרס הכור. בשעה 20:20 החלה חברת החשמל להזרים מי ים לתוך הכור, בתוספת חומצה בורית וחומר סופח נייטרונים, כדי למנוע אירוע תאונתי של תגובת שרשרת גרעינית לא יציבה. התחזית הייתה כי מילוי תא הלחץ של ליבת הכור תארך חמישה ימים, ולאחריהם יימשך קירור הכור כ-10 ימים נוספים. החדרת המים לתוך הכור התבצעה באמצעות כבאיות. ב-14 במרץ, בשעה 01:10, הופסקה הזרמת המים לכור מספר 1 (כמו גם לכור מספר 3) כיוון שכל בריכות המים במפעל התרוקנו. על פי דיווח של הסוכנות היפנית לבטיחות גרעינית, כ-70% ממוטות הדלק ניזוקו כאשר ירד מפלס המים בכור והם נחשפו.
ב-18 במרץ הותקן לוח חשמל חדש בבניין משרדים סמוך ליחידה 1 כדי לספק לה כוח דרך יחידה 2, כאשר זו האחרונה חוברה מחדש לרשת החשמל יומים אחר כך. ב-21 במרץ המשיכה החדרת מי ים לליבת הכור, והמשיכו המאמצים לתקן את ציוד הבקרה. ב-23 במרץ ניתן היה לחדש את החדרת מי הקירור לליבת הכור באמצעות מערכת הצנרת המותקנת בכור ולהפסיק את השימוש בכבאיות, ובכך להגביר את זרימת מי הקירור מרמה של 2 ממ"ק לשעה, לרמה של 18 ממ"ק לשעה (אשר הופחתו מאוחר יותר ל-11 ממ"ק לשעה) ובכך להקטין את ריכוז המזהמים במים. ב-24 במרץ הושבה התאורה לחדר התפעול המרכזי של הכור.
נכון ל-24 במרץ ההשערה הייתה כי מוטות הדלק המשומשים נחשפו, במלואם או בחלקם, בבריכה שבה נשמרו. הלחץ בליבת הכור עלה בגלל הזרקת מי ים, דבר שהביא לפליטת קיטור, תופעה שפחתה לאחר שהואט קצב זרימת המים. חברת החשמל דאגה לעבות חלק מן הקיטור למים שהוזרמו לבריכת מוטות הדלק המשומשים.
על פי הערכות, בליבת כור מספר 1 הצטברה כמות של כ-26 טון מלח ים, ובכורים 2 ו-3 הצטברה כמות כפולה מזו. כיוון שהמלח סותם את צינורות הקירור וגורם לשיתוך של ציפוי סגסוגת הזירקוניום המצפה את מוטות הדלק, ניתנה עדיפות גבוהה לשוב ולהזרים לכור מים מתוקים. לשימוש במי ים לצורך קירור ליבת הכור היה אף פוטנציאל לגרימת כימיה מורכבת יותר של האורניום. במגע עם מים מתוקים מימן על-חמצני, הנוצר בתהליך הרדיוליזה (radiolysis), יכול ליצור בתגובה עם תחמוצת אורניום, מינרל על-תחמוצתי (peroxide) מוצק, הידוע בשם סטודטיט (Studtite) (UO2)O2(H2O)2]·2(H2O). אולם כאשר המים מכילים יונים של מתכת אלקלית, כפי שמצוי במי ים, האורניום יכול ליצור ננו-חלקיקים שנישאים בקלות רבה יותר במים מאשר המינרל המוצק סטודטיט.
יצוב הכור.
ב-24 במרץ הושבה אספקת החשמל לחלקים מן הכור, ותוקן לוח החשמל לצורך תאורת חדר הבקרה. ב-25 במרץ ניתן היה לשוב ולהשתמש במים מתוקים כדי להוסיפם לליבת הכור במקום מי ים, בעוד שנמשכה העבודה על תיקון מערכות הקירור. לכור הובאו 1,890 ממ"ק מים מתוקים באמצעות דוברה נגררת שאותה סיפק הצי האמריקאי. באותו היום החלה שאיבת המים המזוהמים בחומרים רדיואקטיביים מתוך הכור. למחרת הופסקה השאיבה לאחר שמאגרי המים התמלאו ונשקלה הזרמת מים לבריכות עודפים. ב-29 במרץ הוחלפו הכבאיות, בהן נעשה שימוש לצורך החדרת מים לכור, במשאבות חשמליות.
ב-7 באפריל החלה חברת החשמל להחדיר חנקן לחלל ליבת הכור, זאת במטרה להפחית את ההיתכנות לפיצוצי מימן נוספים. פעולה זו נמשכה לאורך זמן אף בכורים נוספים בפוקושימה. באותו היום עלו לפתע הטמפרטורות בליבת הכור ל-260 מעלות צלזיוס, מסיבה לא ידועה, אולם החלו לרדת שוב למחרת. ב-27 באפריל תיקנה חברת החשמל הערכה קודמת שפרסמה באשר לסיכוי שנגרם נזק ישיר למוטות הדלק בכור מספר 1, על פי ההערכה החדשה הסיכוי לנזק היה 70%, לעומת 55% בהערכה קודמת. ב-17 באפריל הוחדר רובוט לבניין הכור כדי לבצע סדרת בדיקות אשר הוכיחו כי לא נגרמה דליפת מים משמעותית מתוך מבנה ליבת הכור. חשש מן ההשערה כי מוטות הדלק בכור נחשפו שוב לאוויר, הביאה ב-23 באפריל את חברת החשמל לשקול את מילוי מלוא מבנה ליבת הכור במים, למרות חששות מיכולת ההעמסה של המבנה. אולם קצב העבודה הואט בגלל רמות קרינה שהגיעו ל-1,120 סיוורט לשעה. ב-5 במאי הותקנו מערכות אוורור בבניין הכור כדי לטהר את האוויר הרדיואקטיבי שהצטבר בבניין. ב-13 במאי הכריזה חברת החשמל כי תמשיך לנסות ולהשלים את התוכנית למלא את מבנה ליבת הכור במים, למרות חששות כי מוטות דלק שנמסו חיררו את המכל האטום שבו נתונה ליבת הכור. תוכנית זו ננטשה לאחר שב-15 במאי התברר כי הבאר היבשה מתחת לליבת הכור מלאה עד מחציתה במים.
ב-28 ביוני החלו עבודות בנייה בכור מספר 1. ב-21 באוגוסט דיווחה חברת החשמל כי מדידות חיישני טמפרטורה בכור הן פחות מ-100 מעלות מאז 19 באוגוסט. ב-28 באוקטובר הודיעה חברת החשמל כי הושלמה בניית כיסוי לכור.
היתכנות למצב קריטי.
דיווחים על 13 תצפיות של קרני נייטרונים שנצפו 1.5 ק"מ מדרום-מערב לכורים 1 ו-2, בין 13 ל-16 במרץ, העלו את הסברה כי בתחנת הכוח אירע ביקוע גרעיני לאחר סגירת החירום של הכורים. דיווחים מ-16 במרץ כי ירידת מפלס המים בבריכת מוטות דלק משומשים בכור מספר 4, חשפה את המוטות לאוויר, עשויה להצביע על האפשרות כי ביקוע אירע אף בבריכת מוטות הדלק הזו. דיווחים מאוחרים יותר על ניטור רמות גבוהות באופן חריג של יוד-134 עשויים לחזק את ההשערה, כיוון שחומר זה הוא סמן של תגובות ביקוע. באותן מדידות נמצאו אף ריכוזים גבוהים של כלור-38, שאף הוא סמן לאירוע ביקוע. אף שחברת החשמל טענה כי הדיווחים על הימצאות יוד רדיואקטיבי אינם מדויקים, נראה שסבא"א מקבלת את הטענה כי מציאת כלור רדיואקטיבי מצביעה על אירוע של ביקוע גרעיני והודיע כי "מוטות דלק שנמסו בכור מספר 1 ייתכן וגרמו לתגובת שרשרת גרעינית חסרת שליטה."
הנזלה.