Als gevolg van de aardbeving en daarop volgende tsunami van 11 maart vond een kernramp plaats. De drie operationele reactoren in de centrale werden binnen enkele seconden na het begin van de aardbeving automatisch stilgelegd door middel van een noodstop. Door beschadiging van het elektriciteitsnet moesten de koelpompen voor de centrales draaien op elektriciteit van een noodstroomvoeding, maar de benodigde generatoren bleken door de tsunami beschadigd. Hierdoor kon de warmte die ook na uitschakelen nog ontstaat in de reactorkern onvoldoende worden afgevoerd. Wat volgde was een serie van ongelukken in de verschillende reactoren in het complex. Hierbij ontstonden explosies en dreigden kernsmeltingen, ook wel meltdowns genoemd.