ショートに『バラード第1番ト短調』、フリーは2015 - 2016シーズン時点で「五輪シーズンで使うと決めていた」という『SEIMEI』と、自身が世界最高得点を更新したプログラムの再演を選択。フリーは4回転5本を組み込むなど構成の難度をさらに上げ、オリンピックシーズンに臨む。9月にモントリオールで開催されたオータム・クラシックに出場。右膝に痛みがあり4回転ループは回避したが、ショート冒頭の4回転サルコウおよび後半のトリプルアクセルでGOE満点の評価を獲得するなど、技術点合計が歴代最高の64.17点に到達するノーミスの完璧な演技を披露。自身が2015年より保持している最高得点を塗り替える112.72点の世界新を記録し、首位発進となった。しかし、翌フリーは得意のトリプルアクセルで転倒するなど精彩を欠いた演技で失速。自己ベストから実に67点ものマイナスとなる155.52点にとどまり、合計でハビエル・フェルナンデスに逆転され2位となった。この落差の激しさは「集中力の弱さ」にあり永遠の課題としつつも、初戦で2位に終わった悔しさを「大きな収穫」と受け止めた。10月にグランプリシリーズ初戦のロステレコム杯に出場。ショートはジャンプのミスが響き2位発進。フリーでは、自身初挑戦となる4回転ルッツを成功させ 195.92点の1位まで追い上げるも、合計290.77点はネイサン・チェンに3点届かず2位と、6年連続でグランプリシリーズ初戦の優勝を逃した。次戦は11月のNHK杯を予定していたが、9日の大阪市中央体育館での公式練習にて4回転ルッツで転倒した際に負傷。翌日午後に日本スケート連盟が「右足関節外側靱帯（じんたい）損傷」との診断結果を発表し、正式に欠場が決まった。この時点でグランプリファイナル出場を逃すこととなり、史上初となる5連覇の可能性は消滅した。トロントに戻り、12月の全日本選手権への出場を目指して治療に専念したが、骨と腱にも炎症があるなど回復が遅れ、練習を再開することができず断念。18日に日本スケート連盟が正式に欠場を発表した。引き続きリハビリを優先し、全日本選手権終了時点の段階で、ジャンプ抜きの氷上練習を再開した状態にあると発表。逆算して回復が間に合う見込みであること、現世界ランキング １位であり、規定に沿って正式に平昌オリンピック代表に選出された。
2016年3月にボストンで開催された世界選手権では、精神状態が乱れていたものの、ショートでは自己ベストに肉薄する110.56点を記録。演技後に「よっしゃー！見たか！」と雄叫びを上げたが、これは「皆と、一つの答えにたどり着けた自分の感情に対して」発した叫びであると試合後に述べている。同時に、冷静さを欠いた自身を「怒ってしまった自分がダメ」と分析。一日あけて臨んだフリーでは「さらに完成度を高めるため」として、後半の4回転トウループを4回転サルコウに変更（実際には左足の靱帯損傷の悪化により変更となった）、しかしここで転倒するなどジャンプの精彩を欠いた演技で、自己ベストには程遠い184.61点にとどまった。トータルスコアは295.17点という結果となり、ショートのリードで逃げ切ることはできず、前回大会と同じく同門のハビエル・フェルナンデスに逆転され、2年連続の銀メダルとなった。期待されながらも王者奪還を逃した敗因を「いい演技をしたい、と欲張った結果が裏目に出た空回りであり、自分の過ち」と分析。演技後は「ここで金メダルを取れないようでは自分はまだまだ」と述べ、去年と同様に悔いの残る世界選手権を終えた。大会終了後、左足甲の靱帯損傷の治療のため、帰国はせず練習拠点のトロントに戻ると発表。後日正式に「左足リスフラン関節靭帯損傷」により全治2か月との診断を受け、アイスショーへの出演をすべて取りやめ、治療とリハビリに専念することとなった。
カナダは第二次世界大戦中に米英と共同で原爆開発計画マンハッタン計画に参加していたが、やがてこれを離脱し、原子力の平和利用を目指した。1942年、原子炉研究のために、カナダ国家研究評議会（National Research Council of Canada）のもとに、AECLの前身となる英国とカナダの共同研究所がケベック州モントリオールに設置された。1945年、オンタリオ州のチョークリバーにパイロットスケールの重水試験炉ZEEP（Zero Energy Experimental Pile）が完成したことにより、モントリオール研究所は翌1946年に閉鎖され、原子力研究はチョークリバー研究所に引き継がれた。1947年には、チョークリバー研究所で天然ウラン燃料のフルスケール重水研究炉NRX（National Research eXperimental）が運転を開始した。1952年、カナダ連邦政府は原子力の平和利用に関する研究開発の中心的役割を果たす機関として、連邦政府の100%出資による国策会社であるAECLを設立した。AECLはチョークリバー研究所を引き継いでCANDU炉開発を本格化させ、1962年にはオンタリオ州ロルフトンに2万kWのCANDU実証炉NPD（Nuclear Power Demonstration）を完成。1971年には商業用CANDU炉の第1号となるピッカリングA発電所1号機（54.2万kW）が営業運転を開始した。1957年、チョークリバー研究所で研究炉NRU（National Research Universal）が運転を開始。研究炉やCANDU炉を利用した放射性同位元素生産が進められた。高中性子フラックスを利用してモリブデン99（世界の60%を供給）をはじめとした様々な医療用放射性同位元素が生産されている。また、ガンマ線源として利用されるコバルト60は、医療用がNRUで、産業用が一部の発電用CANDU炉で生産されており、生産量は世界全体の85%に達している。1963年、AECLの2カ所めの研究所としてマニトバ州ピナワにホワイトシェル研究所が開設され、放射性廃棄物の処分に関する研究開発が重点的に開始された。カナダでは使用済み燃料は再処理せず、直接処分する方針がとられており、1978年、ホワイトシェル研究所に使用済み燃料の地層処分に関する基礎研究のための地下研究施設URL（Underground Research Laboratory）が併設され、原位置試験が開始された。1988年、放射性同位元素・関連機器の生産・販売部門が民営化され、MDSヘルスグループにより買収されてMDSノルディオン（MDS Nordion）社となっている。1998年、ホワイトシェル研究所は廃止され、研究炉や施設の廃止措置が進められているが、放射性廃棄物処分の研究・開発を進める地下研究施設は継続利用されている。その他の研究開発は、チョークリバー研究所に統合中である。2002年6月、既存のCANDU炉より一層の低コスト化や高信頼性を実現した次世代炉ACR（Advanced CANDU Reactor）を発表した。