河角廣(1951)は規模MK = 7. を与え、マグニチュードは M = 8.4に換算されている。宇佐美龍夫(1970)はこの河角の規模と気象庁マグニチュードの関係を検討し、やはり8.4に近いであろうと推定したが、当時はモーメントマグニチュードという概念は存在せず1960年のチリ地震もM8.5とされていた。数値実験から2つの大きな断層モデルが仮定されている。各断層個別のモーメントマグニチュード Mw は西側からそれぞれ、8.3, 8.1（合計で Mw = 8.4）と推定された。この断層モデルは1944年東南海地震の南西側の断層モデルの長さと幅を延長させたものに加えて、駿河湾奥西岸の地殻変動を示唆する史料や、湾内で発生が目撃された津波などから、駿河湾沖にもう一つの断層モデルを置いたものであった。内閣府の「南海トラフの巨大地震モデル検討会」による「南海トラフ沿いの巨大地震による長周期地震動に関する報告」では、南海地震を含む安政地震全体としてMw8.84の断層モデルが想定され、同モデルを用いた建築研究所では安政東海地震の断層モデルとして地震モーメントM₀ = 9.02 × 10²¹N・m (Mw8.6)を想定している。
この地震の直後には宝永地震の後に起きた宝永大噴火のような富士山の大規模な噴火はなかったとされるが、小規模な火山活動を示唆するような記録も残されている。駿府において震災による困窮者を対象に行われた粥の炊出しの様子を記録した『大地震御救粥並町方施米差出、其外諸向地震に付聞書一件・駿府士太夫町町頭、萩原四郎兵衛筆記』には安政東海地震の起きた時刻とほぼ同時期に富士山頂に黒い笠雲がかかり、同日に牛ほどの大きさの羽の生えた物体が舞い、八合目付近に多数の火が見られ、17日後の11月21日頃には宝永山より真黒な煙が立上るのが見られたと記録される。さらにその冬の富士山の積雪は春のように少なかったという。安政地震の直前には、1852年から新潟焼山、1853年から有珠山、1854年には阿蘇山が噴火活動している。地震後、1855年には樽前山、1856年には北海道駒ヶ岳および阿蘇山が噴火活動している。
地震による地殻変動の結果、御前崎は 0.8 - 1 m 隆起。浜名湖北端・渥美湾岸は沈下し、南東側で隆起、北西の内陸側で沈降の傾動が見られた。また断層の滑り面は海底のみならず内陸にも達し、遠州相良港は3尺余り（約 1 m）隆起し、清水港は隆起により使用不能、相良では沖合い数十間（100 m 前後）が干潟となった。駿河湾西岸は原付近から横須賀湊辺りまでの広い範囲で1m余の隆起が見られた。「親知らず子知らず」と言われた街道の難所であった薩埵峠直下の海岸は波打際が大幅に後退して新たな陸地が生じ、現在ではここに国道1号線、東名高速道路、東海道本線が交差しながら通っている。富士川河口付近には岩淵地震山（蒲原地震山）および松岡地震山と呼ばれる西側上がりの変位約一丈余（3m以上）の断層が生じて流路が変化し、その結果蒲原では耕地が増え、一方で東岸では水害に悩まされるようになった。このため蒲原では耕地の増加を歓迎し「地震さん地震さん、また来ておくれ、私の代にもう一度、孫子の代に二度三度」とまで唄われた。一方で浜名湖北岸の気賀では沈降により2,800石の地が潮下に没した（『書付留』）。このような南東上がりの地殻変動は宝永地震および昭和東南海・南海地震と同様であり、南海トラフ東側においてユーラシアプレートが衝上する低角逆断層のプレート境界型地震であることを示唆している。ただし、宝永地震や昭和東南海地震とは多少様相が異なり、これらの地震では沈降したとされる駿河湾西岸の清水・三保付近は安政東海地震では隆起している。
東海再処理施設建設に反対していた茨城県漁業協同組合連合会の会長に就任し、原子力施設建設を推進するため、「欧州の原子力施設をたずねて」と題する出版物を刊行する等して、同県漁連の東海再処理施設建設反対の立場を変更させた。1974年11月29日、同県漁連は動力炉・核燃料開発事業団（現日本原子力研究開発機構）と再処理施設設置に伴う漁業補償協定に調印。1972年4月5日の第68回国会・衆議院科学技術振興対策特別委員会で、後に羽田内閣で科学技術庁長官に就任する公明党の近江巳記夫議員は、動力炉事業団による東海村再処理工場設置への政府の許可に対して「茨城県の漁業協同組合連合会会長の小幡五郎」名義の異議の申し立てが1972年1月6日に科学技術庁長官宛に出されたことを紹介している。1973年7月2日の第71回国会衆議院外務委員会で、日本社会党の石野久男議員が、日本原子力発電株式会社が東海2号炉建設の漁業権の補償金とは別に調整金として、3億5千万円を茨城県漁連に渡していると指摘した。1976年5月6日、第77回国会・衆議院科学技術振興対策特別委員会でも石野議員が動燃事業団の再処理工場の建設に伴う補償金総額25億5千万円とは別に使途不透明な調整金1千万円もしくは3千万円が茨城県漁連会長である菱沼（小幡）に支払われ、この問題で漁連の会長が辞任したという事実を指摘した。この漁業補償に関して漁連に渡った金の一部が自由民主党の選挙資金に流用され、これらの一連の不透明な金の流れが同県議会で追及され、県漁連会長を辞任したもの。同日の第77回国会・衆議院農林水産委員会で、日本共産党の中川利三郎議員が茨城県議会議員である小幡が血盟団の菱沼であることを指摘し、補償金の不透明で非民主的な配分に関与していることを示唆した。