เหตุการณ์แผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิในโทโฮกุ พ.ศ. 2554 เมื่อวันที่ 11 มีนาคม พ.ศ. 2554 ซึ่งส่งผลให้มีความเร่งสูงสุดพื้นดินอยู่ระหว่าง 0.21 จี (2.10 ม./วินาที2) และ 0.28 จี (2.77 ม./วินาที2 ณ ที่ตั้งของโรงไฟฟ้า ซึ่งเป็นค่าที่ต่ำกว่าพื้นฐานการออกแบบมาก เครื่องปฏิกรณ์ทั้งสี่หน่วยถูกปิดลงอัตโนมัติหลังจากแผ่นดินไหว และเครื่องยนต์ดีเซลเริ่มทำงานเพื่อหล่อเย็นเครื่องปฏิกรณ์ TEPCO ประมาณว่าคลื่นสึนามิที่เกิดขึ้นหลังจากแผ่นดินไหวและเข้าท่วมโรงไฟฟ้าดังกล่าวนั้นมีความสูงถึง 14 เมตร ซึ่งมากกว่าสองเท่าของความสูงที่ได้รับการออกแบบไว้ คลื่นสึนามิที่ว่านี้เข้าท่วมห้องปั๊มซึ่งใช้สำหรับการถ่ายโอนความร้อนไปสู่ทะเล อันเป็นการระบายความร้อนพื้นฐานของเครื่องปฏิกรณ์ ขณะที่ระบบหล่อเย็นของหน่วยผลิตกระแสไฟฟ้าที่ 3 จะไม่ได้รับความเสียหาย เครื่องปฏิกรณ์เครื่องอื่นล้วนได้รับผลกระทบ ระบบหล่อเย็นยังคงสามารถใช้การได้ แต่ความร้อนเพิ่มขึ้นจากการขาดการระบายความร้อน ได้มีการใช้ระบบฉีดน้ำความดันสูง (HPCI) ซึ่งได้รับพลังงานจากไอน้ำจากเครื่องปฏิกรณ์ เพื่อลดความร้อนเพิ่มเติม