แผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิในโทโฮกุ พ.ศ. 2554
แผ่นดินไหวนอกชายฝั่งแปซิฟิกโทโฮกุ พ.ศ. 2554 () เป็นแผ่นดินไหวเมกะทรัสต์เกิดใต้ทะเล ขนาด 9.0 แมกนิจูด นอกชายฝั่งญี่ปุ่น เกิดขึ้นเมื่อเวลา 14.46 น. ตามเวลามาตรฐานญี่ปุ่น (05:46 UTC) เมื่อวันที่ 11 มีนาคม พ.ศ. 2554 จุดเหนือศูนย์กลางแผ่นดินไหวมีรายงานว่า อยู่นอกชายฝั่งตะวันออกของคาบสมุทรโอชิกะ ภาคโทโฮกุ โดยมีจุดเกิดแผ่นดินไหวอยู่ลึกลงไปใต้พื้นดิน 32 กิโลเมตร นับเป็นเหตุการณ์แผ่นดินไหวครั้งรุนแรงที่สุดในประวัติศาสตร์ญี่ปุ่น และเป็นหนึ่งในห้าแผ่นดินไหวครั้งรุนแรงที่สุดของโลกเท่าที่มีการบันทึกสมัยใหม่มาตั้งแต่ พ.ศ. 2443 และก่อให้เกิดคลื่นสึนามิทำลายล้างซึ่งสูงที่สุดถึง 40.5 เมตร ในมิยาโกะ จังหวัดอิวาเตะ ภาคโทโฮกุ บางพื้นที่พบว่าคลื่นได้พัดพาลึกเข้าไปในแผ่นดินลึกถึง 14 กิโลเมตร และมีคลื่นที่เล็กกว่าพัดไปยังอีกหลายประเทศหลายชั่วโมงหลังจากนั้น ได้มีการประกาศเตือนภัยสึนามิและคำสั่งอพยพตามชายฝั่งด้านแปซิฟิกของญี่ปุ่นและอีกอย่างน้อย 20 ประเทศ รวมทั้งชายฝั่งแปซิฟิกทั้งหมดของประเทศอเมริกาเหนือและอเมริกาใต้ ซึ่งนอกเหนือไปจากการสูญเสียชีวิตและการทำลายล้างโครงสร้างพื้นฐานของญี่ปุ่นแล้ว คลื่นสึนามิดังกล่าวยังก่อให้เกิดอุบัติเหตุนิวเคลียร์ขึ้น ซึ่งหลัก ๆ เป็นอุบัติเหตุแกนปฏิกรณ์ปรมาณูหลอมละลายระดับ 7 ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่ง และการกำหนดพื้นที่อพยพได้มีผลกระทบถึงราษฎรนับหลายแสนคน แผ่นดินไหวดังกล่าวรุนแรงเสียจนทำให้เกาะฮนชูเลื่อนไปทางตะวันออก 2.4 เมตร พร้อมกับเคลื่อนแกนหมุนของโลกไปเกือบ 10 เซนติเมตร
นายกรัฐมนตรีญี่ปุ่น นาโอโตะ คัง กล่าวว่า "ในช่วงเวลาหกสิบห้าปีนับตั้งแต่สิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่สอง วิกฤตการณ์ครั้งนี้นับว่าร้ายแรงและยากลำบากที่สุดสำหรับญี่ปุ่น" สำนักงานตำรวจแห่งชาติญี่ปุ่น ระบุว่า มีผู้เสียชีวิต 15,729 ราย บาดเจ็บ 5,719 ราย และสูญหาย 4,539 ราย ในพื้นที่สิบแปดจังหวัด เช่นเดียวกับอาคารที่ถูกทำลายหรือได้รับความเสียหายกว่า 125,000 หลัง แผ่นดินไหวครั้งนี้สร้างความเสียหายอย่างใหญ่หลวงต่อประเทศญี่ปุ่น รวมทั้งความเสียหายอย่างหนักต่อถนนและรางรถไฟ เช่นเดียวกับเหตุเพลิงไหม้ในหลายพื้นที่ และเขื่อนแตก บ้านเรือนราว 4.4 ล้านหลังคาเรือนทางตะวันออกเฉียงเหนือของญี่ปุ่นไม่มีกระแสไฟฟ้าใช้ และอีก 1.5 ล้านคนไม่มีน้ำใช้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลายเครื่องไม่สามารถใช้การได้ และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อย่างน้อยสามเครื่องได้รับความเสียหาย เนื่องจากแก๊สไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นในอาคารคลุมเครื่องปฏิกรณ์ชั้นนอก และยังได้มีการประกาศสถานการณ์ฉุกเฉิน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่งเกิดระเบิดขึ้นเกือบ 24 ชั่วโมงหลังเหตุแผ่นดินไหวครั้งแรก อย่างไรก็ตาม แรงระเบิดในพื้นที่ไม่รวมสารกัมมันตรังสีอยู่ด้วย ประชาชนซึ่งอยู่อาศัยในรัศมี 20 กิโลเมตรรอบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่งและรัศมี 10 กิโลเมตรรอบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่สองถูกสั่งอพยพ
ประมาณการความเสียหายเบื้องต้นเฉพาะที่เกิดขึ้นจากแผ่นดินไหวอย่างเดียว อยู่ระหว่าง 14,500 ถึง 34,600 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ธนาคารกลางญี่ปุ่นอัดฉีดเงินเข้าสู่ระบบอย่างน้อย 15 ล้านล้านเยน เมื่อวันที่ 14 มีนาคม พ.ศ. 2554 เพื่อพยายามฟื้นฟูสภาพการตลาดให้กลับคืนสู่สภาพปกติ เมื่อวันที่ 21 มีนาคม ธนาคารโลกประมาณการความเสียหายระหว่าง 122,000 ถึง 235,000 ล้านดอลลาร์สหรัฐ รัฐบาลญี่ปุ่นประกาศว่ามูลค่าความเสียหายจากภัยพิบัติแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิอาจมีมูลค่าสูงถึง 309,000 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ซึ่งทำให้มันเป็นภัยธรรมชาติที่สร้างความเสียหายมากที่สุดเท่าที่มีการบันทึกมา
แผ่นดินไหวดังกล่าวเกิดขึ้นในมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตกที่ระดับความลึกค่อนข้างน้อยเพียง 32 กิโลเมตร โดยศูนย์กลางแผ่นดินใหญ่อยู่ห่างจากคาบสมุทรโอชิกะ ภาคโทโฮกุ ประมาณ 72 กิโลเมตร เป็นเวลาอย่างน้อยหกนาที นครใหญ่ที่ใกล้จุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวที่สุดคือเซ็นไดบนเกาะฮนชู เกาะหลักของญี่ปุ่น ซึ่งอยู่ห่างจากศูนย์กลางแผ่นดินไหว 130 กิโลเมตร กรุงโตเกียวอยู่ห่างจากศูนย์กลางแผ่นดินไหว 373 กิโลเมตร แผ่นดินไหวดังกล่าวเกิดขึ้นหลังแผ่นดินไหวนำอย่างรุนแรง และมีรายงานแผ่นดินไหวตามอีกหลายร้อยครั้งตามมา ฟอร์ช็อก (แผ่นดินไหวนำ) ใหญ่ครั้งแรกเป็นเหตุแผ่นดินไหวนำความรุนแรง 7.2 แมกนิจูด เมื่อวันที่ 9 มีนาคม ห่างจากจุดที่เกิดแผ่นดินไหวเมื่อวันที่ 11 มีนาคมไปอย่างน้อย 40 กิโลเมตร ตามด้วยฟอร์ช็อกอีกสามครั้งที่เกิดขึ้นในวันเดียวกัน ซึ่งล้วนแต่ความรุนแรงมากกว่า 6 แมกนิจูด หลังเกิดแผ่นดินไหว อาฟเตอร์ช็อกความรุนแรง 7.0 แมกนิจูด ได้รับรายงานเมื่อเวลา 15.06 น. (ตามเวลาท้องถิ่น) ตามด้วย 7.4 เมื่อเวลา 15.15 น. และ 7.2 เมื่อเวลา 15.26 น. อาฟเตอร์ช็อกมากกว่าแปดร้อยครั้งมีความรุนแรงมากกว่า 4.5 แมกนิจูดตั้งแต่เกิดแผ่นดินไหวหลัก อาฟเตอร์ช็อกเป็นไปตามกฎโอโมริ ซึ่งกล่าวว่า อัตราอาฟเตอร์ช็อกลดลงแปรผันตรงกับเวลาตั้งแต่แผ่นดินไหวหลัก ดังนั้น อาฟเตอร์ช็อกจึงเกิดขึ้นน้อยลงเมื่อเวลาผ่านไป แต่อาจเกิดขึ้นเรื่อย ๆ อีกหลายปี
หนึ่งนาทีก่อนผลกระทบจากแผ่นดินไหวจะรู้สึกได้ในกรุงโตเกียว ระบบแจ้งเตือนภัยแผ่นดินไหวล่วงหน้า ซึ่งมีเครื่องตรวจวัดแผ่นดินไหวมากกว่าหนึ่งพันตัวในญี่ปุ่น ได้ส่งคำเตือนออกอากาศทางโทรทัศน์เกี่ยวกับเหตุแผ่นดินไหวแก่ชาวญี่ปุ่นหลายล้านคน คลื่นเอสแผ่นดินไหว ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว 4 กิโลเมตรต่อวินาที จึงใช้เวลา 90 วินาทีในการเดินทาง 373 กิโลเมตรไปยังกรุงโตเกียว สำนักอุตุนิยมวิทยาญี่ปุ่น เชื่อว่าระบบการแจ้งเตือนภัยล่วงหน้าสามารถช่วยหลายชีวิต คำเตือนต่อสาธารณชนถูกส่งไปราว 8 วินาทีหลังคลื่นพีแรกถูกตรวจจับ หรือ 31 วินาทีหลังเกิดแผ่นดินไหว อย่างไรก็ตาม ความรุนแรงที่ประเมินไว้น้อยกว่าความเป็นจริงในบางพื้นที่ในคันโตและโทโฮะกุ
ตอนแรก USGS รายงานความรุนแรงของแผ่นดินไหวอยู่ที่ 7.9 แมกนิจูด แต่ปรับเพิ่มเป็น 8.8 และ 8.9 อย่างรวดเร็ว และปรับเพิ่มอีกครั้งเป็น 9.0 แมกนิจูด
แผ่นดินไหวครั้งนี้เกิดขึ้นโดยแผ่นแปซิฟิกมุดตัวลงใต้แผ่นเปลือกโลกใต้ฮนชูเหนือ ซึ่งแผ่นเปลือกโลกแผ่นใดที่เกิดปรากฏการณ์ดังกล่าวขึ้นนี้ยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ในหมู่นักวิทยาศาสตร์ แผ่นแปซิฟิก ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยอัตรา 8 ถึง 9 เซนติเมตรต่อปี ลาดลงไปใต้แผ่นเปลือกโลกซึ่งรองรับฮนชู และปลดปล่อยพลังงานออกมามหาศาล การเคลื่อนไหวนี้ดึงแผ่นเปลือกโลกที่อยู่ข้างบนลงจนกระทั่งเกิดความเครียดมากพอที่จะเกิดเหตุการณ์แผ่นดินไหวขึ้น การแตกทำให้ระดับน้ำทะเลเพิ่มสูงขึ้นหลายเมตร แผ่นดินไหวความรุนแรงระดับนี้โดยปกติแล้วจะมีความยาวรอยเลื่อนอย่างน้อย 480 กิโลเมตร และมักเกิดขึ้นโดยมีพื้นผิวรอยแยกค่อนข้างตรงและยาว เพราะรอยต่อแผ่นเปลือกโลกและเขตมุดตัวในพื้นที่ของรอยเลื่อนไม่ตรง ความรุนแรงของแผ่นดินไหวครั้งนี้ที่เกิน 8.5 แมกนิจูดจึงผิดปกติ และสร้างความประหลาดใจแก่นักแผ่นดินไหววิทยาบางคน พื้นที่ศูนย์กลางแผ่นดินไหวขยายจากนอกชายฝั่งจังหวัดอิวะเตะไปจนถึงนอกชายฝั่งจังหวัดอิบาระกิ สำนักอุตุนิยมวิทยาญี่ปุ่น ว่า แผ่นดินไหวอาจทำให้เขตรอยเลื่อนแตกออกจากอิวะเตะถึงอิบะระกิ โดยมีความยาว 500 กิโลเมตร และกว้าง 200 กิโลเมตร การวิเคราะห์แสดงว่า แผ่นดินไหวนี้ประกอบด้วยชุดเหตุการณ์สามอย่างประกอบกัน แผ่นดินไหวอาจมีกลไกลคล้ายคลึงกับแผ่นดินไหวใหญ่ใน พ.ศ. 1412 โดยมีขนาดคลื่นพื้นผิวที่ 8.6 ซึ่งได้ก่อให้เกิดคลื่นสึนามิขนาดใหญ่เช่นกัน แผ่นดินไหวใหญ่ที่ก่อให้เกิดคลื่นสึนามิอื่น ถล่มพื้นที่ชายฝั่งซานริกุใน พ.ศ. 2439 และ 2486
การสั่นไหวที่รุนแรงถูกจัดให้อยู่ในระดับ 7 ซึ่งเป็นระดับสูงสุดของมาตรความรุนแรงแผ่นดินไหวของสำนักอุตุนิยมวิทยาญี่ปุ่นในคูริฮาระ จังหวัดมิยางิ ส่วนในจังหวัดอื่นอีกสามจังหวัด ได้แก่ จังหวัดฟูกูชิมะ จังหวัดอิบารากิ และจังหวัดโทจิงิ ถูกบันทึกไว้ว่าอยู่ในระดับ 6 บนตามมาตราดังกล่าว ส่วนสถานีแผ่นดินไหวในจังหวัดอิวาเตะ จังหวัดกุมมะ จังหวัดไซตามะ และจังหวัดชิบะ วัดความรุนแรงได้ในระดับ 6 ล่าง และ 5 บนในโตเกียว
สำนักงานข้อมูลปริภูมิ (Geospatial Information Authority) ญี่ปุ่น รายงานการทรุดตัวของแผ่นดิน ที่วัดค่าโดยจีพีเอสจากค่าล่าสุดเมื่อวันที่ 14 เมษายน พ.ศ. 2554 ที่ลดลงมากที่สุดคือ คาบสมุทรโอชิกะ จังหวัดมิยะงิ 1.2 เมตร ด้านนักวิทยาศาสตร์ว่า การทรุดตัวดังกล่าวเป็นการถาวร และจะส่งผลให้ชุมชนที่ประสบการทรุดตัวของแผ่นดินนี้จะเสี่ยงต่อภาวะอุทกภัยในช่วงน้ำขึ้นมากยิ่งขึ้น
แผ่นดินไหวดังกล่าวปลดปล่อยพลังงานพื้นผิวออกมากว่า 1.9±0.5×10 จูล ซึ่งประกอบด้วยพลังงานสั่นสะเทือนและสึนามิ ซึ่งเป็นเกือบสองเท่าของพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาจากเหตุแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิในมหาสมุทรอินเดีย พ.ศ. 2547 ซึ่งคร่าชีวิตผู้คนไปกว่า 230,000 คน หากสามารถใช้ประโยชน์จากพลังงานดังกล่าวได้ พลังงานคลื่นพื้นผิวจากแผ่นดินไหวนี้จะเพียงพอต่อนครขนาดลอสแอนเจลิสได้ทั้งปี สำหรับพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาทั้งหมด หรือที่รู้จักกันว่า โมเมนต์แผ่นดินไหว มีค่ามากกว่า 200,000 เท่าของพลังงานพื้นผิว และสามารถคำนวณได้อยู่ที่ 3.9×10 จูล น้อยกว่าแผ่นดินไหวในมหาสมุทรอินเดียเมื่อ พ.ศ. 2547 เล็กน้อย พลังงานดังกล่าวเท่ากับทีเอ็นที 9,320 กิกะตัน หรืออย่างน้อย 600 ล้านเท่าของพลังงานของระเบิดนิวเคลียร์ที่ถล่มฮิโรชิมะ
สถาบันพลังงานนิวเคลียร์ของสหรัฐอเมริกาเปิดเผยตัวเลขซึ่งระบุว่าแผ่นดินไหวดังกล่าวสร้างความเร่งสูงสุดของพื้นดินอยู่ที่ 0.35 จี (3.43 ม./วินาที²) ใกล้กับจุดเหนือศูนย์กลางแผ่นดินไหว จากการศึกษาโดยมหาวิทยาลัยโตเกียวชี้ว่าในบางพื้นที่มีค่าความเร่งสูงสุดเกินกว่า 0.5 จี (4.9 ม./วินาที²) ด้านสถาบันวิจัยโลกศาสตร์และการป้องกันภัยพิบัติแห่งชาติ (NIED) ของญี่ปุ่นได้คำนวณค่าความเร่งสูงสุดของพื้นดินไว้ที่ 2.99 จี (29.33 ม./วินาที²) ส่วนค่าที่บันทึกได้มากที่สุดในญี่ปุ่นอยู่ที่ 2.7 จี ในจังหวัดมิยางิ ห่างจากศูนย์กลางแผ่นดินไหว 75 กิโลเมตร ส่วนค่าที่อ่านได้สูงสุดในพื้นที่มหานครโตเกียวอยู่ที่ 0.16 จี
แผ่นดินไหวดังกล่าวได้ขยับส่วนทางตะวันออกเฉียงเหนือของญี่ปุ่นไปราว 2.4 เมตรเข้าใกล้ทวีปอเมริกาเหนือ ทำให้ผืนทวีปของญี่ปุ่นบางส่วน "กว้างขึ้นกว่าแต่ก่อน" ส่วนของญี่ปุ่นที่อยู่ใกล้จุดเหนือศูนย์กลางแผ่นดินไหวมากที่สุดขยับไปมากที่สุด สไตน์ระบุว่าแนวชายฝั่งยาว 400 กิโลเมตรลดระดับลงตามแนวดิ่ง 0.6 เมตร ทำให้คลื่นสึนามิเคลื่อนที่พัดเข้าสู่พื้นดินได้ไกลขึ้นและเร็วขึ้น การประเมินขั้นต้นเสนอว่า แผ่นแปซิฟิกอาจเลื่อนไปทางตะวันตกมากที่สุด 20 เมตร การประเมินขั้นต้นอีกแหล่งหนึ่ง ชี้ว่าการเลื่อนไหลอาจเป็นระยะทางมากถึง 40 เมตร มีความยาวระหว่าง 300 ถึง 400 กิโลเมตร และกว้าง 100 กิโลเมตร หากข้อมูลดังกล่าวได้รับการพิสูจน์ยืนยัน แผ่นดินไหวครั้งนี้อาจเป็นหนึ่งในการเคลื่อนที่ของรอยเลื่อนที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยเกิดขึ้นจากแผ่นดินไหว วันที่ 6 เมษายน ยามฝั่งญี่ปุ่นระบุว่า แผ่นดินไหวดังกล่าวเลื่อนก้นทะเลใกล้กับจุดเหนือศูนย์กลางแผ่นดินไหว 24 เมตร และยกระดับก้นทะเลนอกชายฝั่งจังหวัดมิยางิสูงขึ้น 3 เมตร
แผ่นดินไหวดังกล่าวได้ย้ายตำแหน่งแกนโลกไป โดยประเมินไว้ระหว่าง 10 ถึง 25 เซนติเมตร การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของโลกเล็กน้อยหลายอย่าง รวมทั้งความยาวของวันและความเอียงของโลก อัตราเร็วในการหมุนรอบตัวเองของโลกเพิ่มขึ้น ทำให้วันหนึ่งสั้นลง 1.8 ไมโครวินาทีเนื่องจากการกระจายมวลโลกใหม่ การเคลื่อนย้ายแกนเกิดขึ้นจากการกระจายมวลบนพื้นผิวของโลกใหม่ ซึ่งเปลี่ยนแปลงโมเมนต์ความเฉื่อยของโลก จากผลกระทบในการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม การเปลี่ยนแปลงความเฉื่อยดังกล่าวทำให้อัตราการหมุนของโลกเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย ซึ่งเป็นสิ่งที่คาดการณ์ไว้ สำหรับแผ่นดินไหวที่มีความรุนแรงระดับนี้
ปรากฏการณ์ดินเหลว (soil liquefaction) ปรากฏชัดเจนในพื้นดินที่เกิดจากการถมทะเล (reclaimed land) รอบกรุงโตเกียว โดยเฉพาะในอูรายาซุ นครชิบะ ฟูนาบาชิ นาราชิโนะ (จังหวัดชิบะ) และในเขตโกโต เอโดงาวะ มินาโตะ ชูโอ และโอตะในกรุงโตเกียว มีบ้านหรืออาคารถูกทำลายอย่างน้อย 30 หลัง และอาคารอื่นอีก 1,046 หลังได้รับความเสียหายในระดับต่าง ๆ กัน ท่าอากาศยานฮาเนดะที่อยู่ใกล้เคียง ซึ่งส่วนใหญ่สร้างบนพื้นที่ดินเกิดจากการถมทะเลนั้น ไม่ได้รับความเสียหาย โอไดบะก็เผชิญกับปรากฏการณ์ดังกล่าวเช่นกัน แต่ความเสียหายเล็กน้อยมาก
ภูเขาไฟชินโมอิเดเกะ ภูเขาไฟบนเกาะคีวชู ปะทุขึ้นสองวันหลังจากแผ่นดินไหวดังกล่าว จากที่เคยปะทุขึ้นมาแล้วเมื่อเดือนมกราคม พ.ศ. 2554 ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่าการปะทุดังกล่าวมีความเชื่อมโยงกับแผ่นดินไหวหรือไม่ ในแอนตาร์กติกา คลื่นแผ่นดินไหวจากแผ่นดินไหวดังกล่าวได้รับรายงานว่าทำให้ธารน้ำแข็งวิลแลนส์ไถลไป 0.5 เมตร
ญี่ปุ่นเกิดอาฟเตอร์ช็อกมากกว่า 1,200 ครั้งนับแต่เกิดแผ่นดินไหวขึ้น โดยมี 60 ครั้ง ที่มีความรุนแรงมากกว่า 6.0 แมกนิจูด และมีอย่างน้อย 3 ครั้ง ที่มีความรุนแรงมากกว่า 7.0 แมกนิจูด อาฟเตอร์ช็อกความรุนแรง 7.7 และ 7.9 แมกนิจูด เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 11 มีนาคม และครั้งที่สามเกิดขึ้นนอกชายฝั่งเมื่อวัที่ 7 เมษายน โดยความรุนแรงยังไม่สามารถตกลงกันได้ มีจุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวอยู่ใต้ทะเล 66 กิโลเมตรนอกชายฝั่งเซ็นได สำนักอุตุนิยมวิทยากำหนดความรุนแรงไว้ที่ 7.4 M ขณะที่สำนักงานสำรวจธรณีวิทยาสหรัฐลดลงเหลือ 7.1 แมกนิจูด มีผู้เสียชีวิตอย่างน้อยสี่คน และกระแสไฟฟ้าถูกตัดขาดเป็นบริเวณกว้างทางตอนเหนือของญี่ปุ่น รวมทั้งการสูญเสียพลังงานภายนอกไปยังโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฮิงาชิโดริ และโรงงานแปรสภาพเชื้อเพลิงรกกาโช สี่วันให้หลัง วันที่ 11 เมษายน เกิดอาฟเตอร์ช็อกความรุนแรง 6.6 แมกนิจูดถล่มฟุกุชิมะอีกครั้งหนึ่ง ทำให้เกิดความเสียหายเพิ่มเติมและมีผู้เสียชีวิตสามคน
จนถึงอาฟเตอร์ช็อกวันที่ 3 มิถุนายน พ.ศ. 2554 ที่ยังดำเนินไป แผนที่ที่อัปเดตเป็นประจำแสดงอาฟเตอร์ช็อกที่มีความรุนแรงมากกว่า 4.5 แมกนิจูด ทั้งใกล้หรือนอกชายฝั่งตะวันออกของฮนชูในเจ็ดวันหลังสุด แสดงให้เห็นว่าเกิดขึ้น 20 ครั้ง
แผ่นดินไหวดังกล่าวซึ่งเกิดจากการนูนขึ้น 5 ถึง 8 เมตร บนก้นทะเลยาว 180 กิโลเมตร ห่างจากชายฝั่งตะวันออกของโทโฮกุ 60 กิโลเมตร ทำให้เกิดคลื่นสึนามิขนาดใหญ่ซึ่งสร้างความเสียหายอย่างใหญ่หลวงตามแนวชายฝั่งแปซิฟิกของหมู่เกาะตอนเหนือของญี่ปุ่น และส่งผลให้เกิดความสูญเสียชีวิตนับหลายพัน และหลายเมืองถูกทำลายลงอย่างสิ้นเชิง คลื่นสีนามิยังได้แพร่ขยายไปทั่วมหาสมุทรแปซิฟิก และมีการออกคำเตือนและคำสั่งอพยพในหลายประเทศที่ติดมหาสมุทรแปซิฟิก รวมทั้งตลิดชายฝั่งแปซิฟิกของอเมริกาเหนือและใต้ ตั้งแต่อะแลสกาไปจนถึงชิลี อย่างไรก็ตาม แม้ว่าสึนามิจะเดินทางไปถึงหลายประเทศ แต่ก็มีผลกระทบค่อนข้างน้อย ชายฝั่งชิลีส่วนที่ติดกับมหาสมุทรแปซิฟิกซึ่งอยู่ห่างจากญี่ปุ่นมากที่สุด (ราว 17,000 กิโลเมตร) ส่วนระยะทางบนโลกที่ไกลที่สุดที่เป็นไปได้อยู่ที่ครึ่งเส้นรอบวง ราว 20,000 กิโลเมตร) ก็ยังได้รับผลกระทบเป็นคลื่นสึนามิสูง 2 เมตร คลื่นสึนามิสูง 38.9 เมตรถูกประเมินที่คาบสมุทรโอโมเอะ เมืองมิยาโกะ จังหวัดอิวาเตะ
ประกาศเตือนภัยสึนามิออกโดยสำนักอุตุนิยมวิทยาญี่ปุ่นจัดสึนามิดังกล่าวในระดับสูงสุดตามมาตราของตน โดยจัดเป็น "สึนามิขนาดใหญ่" ซึ่งมีความสูงอย่างน้อย 3 เมตร การคาดการณ์ความสูงที่แท้จริงนั้นแตกต่างกันไป โดยมีการคาดการณ์สูงสุดในจังหวัดมิยางิที่ 6 เมตร คลื่นสึนามิพัดเข้าท่วมพื้นที่ประมาณ 561 ตารางกิโลเมตรในญี่ปุ่น
แผ่นดินไหวเกิดขึ้นเมื่อเวลา 14.46 น. ตามเวลามาตรฐานญี่ปุ่น ห่างจากแนวชายฝั่งญี่ปุ่นที่ใกล้ที่สุดไปราว 67 กิโลเมตร และตอนแรกมีการประเมินว่าคลื่นสึนามิจะใช้เวลาเดินทางมายังพื้นที่แรกที่ได้รับผลกระทบระหว่าง 10 ถึง 30 นาที ตามด้วยพื้นที่เหนือขึ้นไปและใต้ลงมาตามภูมิศาสตร์ของแนวชายฝั่ง หลังเกิดแผ่นดินไหวขึ้นหนึ่งชั่วโมงเล็กน้อย เมื่อเวลา 15.55 น. ตามเวลามาตรฐานญี่ปุ่น คลื่นสึนามิได้รับรายงานว่าพัดเข้าท่วมท่าอากาศยานเซ็นได ซึ่งตั้งอยู่ใกล้ชายฝั่งจังหวัดมิยางิ โดยคลื่นได้พัดพาเอารถยนต์และเครื่องบิน ตลอดจนท่วมอาคารเป็นจำนวนมากขณะที่คลื่นถาโถมเข้าไปในแผ่นดิน นอกจากนี้ ยังมีรายงานคลื่นสึนามิความสูง 4 เมตรเข้าถล่มจังหวัดอิวะเตะ เขตวากาบายาชิในเซ็นไดยังได้รับผลกระทบค่อนข้างหนักเป็นพิเศษ แหล่งอพยพคลื่นสึนามิที่กำหนดไว้อย่างน้อย 101 แห่งได้รับความเสียหายจากคลื่น
เช่นเดียวกับเหตุการณ์แผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิในมหาสมุทรอินเดีย พ.ศ. 2547 และเหตุการณ์พายุไซโคลนนาร์กิส ความเสียหายจากคลื่นที่พัดเข้าถล่ม แม้ว่าจะกินพื้นที่จำกัดเฉพาะในท้องถิ่นกว่ามาก แต่ก็ก่อให้เกิดความเสียหายแก่ชีวิตและทรัพย์สินมากกว่าตัวแผ่นดินไหวเอง มีรายงานว่า เมืองทั้งเมืองถูกทำลายจากพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากคลื่นสึนามิในญี่ปุ่น รวมทั้งเมืองมินามิซังริกุ ซึ่งมีผู้สูญหายกว่า 9,500 คน ร่างของผู้เสียชีวิตหนึ่งพันคนถูกเก็บกู้ในเมืองเมื่อวันที่ 14 มีนาคม พ.ศ. 2554 ในบรรดาปัจจัยที่ทำให้ยอดผู้เสียชีวิตจากคลื่นสึนามิสูงนั้น ข้อหนึ่งเป็นเพราะแรงกระแทกของน้ำขนาดใหญ่ที่ไม่คาดฝัน และกำแพงสึนามิที่ตั้งอยู่ในนครหลายแห่งที่ได้รับผลกระทบ ป้องกันได้เฉพาะคลื่นสึนามิที่ขนาดเล็กกว่านี้มาก นอกจากนี้ หลายคนที่ถูกคลื่นสึนามิพัดพาไปคิดว่าพวกตนอยู่บนที่สูงพอจะปลอดภัยแล้ว
พื้นที่ส่วนใหญ่ของเมืองคูจิและพื้นที่ส่วนใต้ของโอฟูนาโตะรวมทั้งบริเวณท่าเรือเกือบถูกทำลายอย่างสิ้นเชิง นอกจากนี้ เมืองที่เกือบถูกทำลายลงอย่างสิ้นเชิงคือ ริกูเซ็นตากาตะ ซึ่งมีรายงานว่าคลื่นสึนามิมีความสูงเท่ากับตึกสามชั้น เมืองอื่นที่ได้รับรายงานว่าถูกทำลายหรือได้รับความเสียหายอย่างหนักจากคลื่นสึนามิ ได้แก่โอตสึจิ และยามาดะ ในจังหวัดอิวาเตะ นามิเอะ โซมะ และมินามิโซมะ ในจังหวัดฟูกูชิมะ และโอนางาวะ นาโตริ อิชิโนมากิ และเคเซ็นนูมะ ในจังหวัดมิยางิ ผลกระทบรุนแรงที่สุดจาดคลื่นสึนามิเกิดขึ้นตามแนวชายฝั่งยาว 670 กิโลเมตรตั้งแต่เอริมะทางเหนือไปจนถึงโออาราอิทางใต้ ซึ่งการทำลายล้างส่วนใหญ่ในพื้นที่เกิดขึ้นในชั่วโมงหลังจากเกิดแผ่นดินไหว คลื่นสึนามิยังได้พัดพาเอาสะพานเพียงหนึ่งเดียวที่เชื่อมต่อกับมิยาโตจิมะ จังหวัดมิยางิ ทำให้ประชากร 900 คนบนเกาะขาดการติดต่อทางบกกับแผ่นดินใหญ่ คลื่นสึนามิสูง 2 เมตรพัดถล่มจังหวัดชิบะ ราวสองชั่วโมงครึ่งให้หลังเหตุแผ่นดินไหว ก่อให้เกิดความเสียหายแย่างหนักต่อนครอาซาฮิ
13 มีนาคม พ.ศ. 2554 สำนักอุตุนิยมวิทยาญี่ปุ่นเผยแพร่รายละเอียดการสังเกตคลื่นสึนามิที่บันทึกไว้รอบแนวชายฝั่งของญี่ปุ่นหลังเกิดเหตุแผ่นดินไหว การอ่านค่าเหล่านี้ รวมทั้งค่าสึนามิสูงสุด (tsunami maximum reading) สูงกว่า 3 เมตร ค่าที่ได้นั้นเป็นข้อมูลมาจากสถานีบันทึกที่ดำเนินการโดยสำนักอุตุนิยมวิทยารอบแนวชายฝั่งญี่ปุ่น หลายพื้นที่ยังได้รับผลกระทบจากคลื่นความสูง 1 ถึง 3 เมตร และประกาศสำนักอุตุนิยมวิทยายังมีคำเตือนว่า ""ตามแนวชายฝั่งบางส่วน คลื่นสึนามิอาจสูงกว่าที่สังเกตจากจุดสังเกต"" การบันทึกคลื่นสึนามิสูงสุดแรกสุดนั้นอยู่ระหว่าง 15.12 ถึง 15.21 น. ระหว่าง 26 ถึง 35 นาทีหลังเกิดแผ่นดินไหว ประกาศยังรวมรายละเอียดการสังเกตคลื่นสึนามิเบื้องต้น เช่นเดียวกับแผนที่รายละเอียดมากกว่าของแนวชายฝั่งที่ได้รับผลกระทบจากคลื่นสึนามิ
23 มีนาคม พ.ศ. 2554 สถาบันวิจัยท่าเรือและท่าอากาศยานรายงานความสูงของสึนามิโดยเยือนจุดท่าเรือหรือโดยการส่งข้อมูลทางไกลจากนอกชายฝั่ง โดยค่าที่วัดได้สูงกว่า 10 เมตร ได้แก่ พื้นที่ท่าเรือโอฟูนาโตะ 24 เมตร ท่าเรือประมงโอนางาวะ 15 เมตร และพื้นที่ท่าอากาศยานเซ็นได 12 เมตร
ทีมวิจัยร่วมจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติโยโกฮามะและมหาวิทยาลัยโตเกียว ยังรายงานว่าสึนามิที่อ่าวเรียวริ โอฟูนาโตะ มีความสูงประมาณ 30 เมตร พวกเขาพบอุปกรณ์ประมงกระจัดกระจายอยู่บนผาสูงเหนืออ่าว ที่ทาโร อิวาเตะ นักวิจัยมหาวิทยาลัยโตเกียวรายงานว่า ความสูงของคลื่นสึนามิที่ประเมินไว้อยู่ที่ 37.9 เมตร ถึงไหลเขาที่อยู่ห่างจากแนวชายฝั่งประมาณ 200 เมตร เช่นเดียวกัน ที่ไหล่เขาของภูเขาใกล้เคียง 400 เมตร จากท่าเรือประมงอาเนโยชิ (姉吉漁港) บนคาบสมุทรโอโมเอะ (重茂半島) ในมิยาโกะ จังหวัดอิวะเตะ มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์ทางทะเลและเทคโนโลยีโตเกียว พบว่า คลื่นสึนามิที่ประเมินไว้สูงถึง 38.9 เมตร ความสูงระดับนี้คาดว่าน่าจะเป็นประวัติศาสตร์ญี่ปุ่น จนถึงวันที่รายงาน ซึ่งเกิน 38.2 เมตร จากแผ่นดินไหวเมจิ-ซังริกุ พ.ศ. 2439
การศึกษาของรัฐบาลญี่ปุ่นพบว่า มีประชากรเพียง 42% ในพื้นที่ชายฝั่งจังหวัดอิวาเตะ มิยางิ และฟูกูชิมะใส่ใจต่อคำเตือนคลื่นสึนามิทันทีหลังแผ่นดินไหวและมุ่งหน้าขึ้นที่สูง ในบรรดาผู้ที่พยายามอพยพหลังทราบคำเตือนดังกล่าว มีเพียง 5% เท่านั้นที่ถูกพัดพาไปโดยคลื่นสึนามิ และในบรรดาผู้ที่ไม่ใส่ใจต่อคำเตือน มี 49% ถูกพัดพาไปกับคลื่น
ไม่นานหลังเกิดแผ่นดินไหว ศูนย์เตือนภัยสึนามิแปซิฟิกในฮาวายเฝ้าระวังสึนามิและประกาศสำหรับตำแหน่งในแปซิฟิก เมื่อเวลา 7.30 น. UTC ศูนย์เตือนภัยฯ ได้ออกประกาศเตือนภัยอย่างกว้างขวางซึ่งครอบคลุมทั่วมหาสมุทรแปซิฟิก รัสเซียสั่งอพยพประชากร 11,000 คนจากพื้นที่ชายฝั่งของหมู่เกาะคูริล ศูนย์เตือนภัยสึนามิชายฝั่งตะวันตกและอะแลสกาของสหรัฐอเมริกาได้ออกประกาศเตือนภัยสึนามิสำหรับพื้นที่ชายฝั่งของรัฐแคลิฟอร์เนียส่วนใหญ่ รัฐออริกอนทั้งหมด และส่วนตะวันตกของอะแลสกา และรายงานสึนามิครอบคลุมแนวชายฝั่งแปซิฟิกส่วนใหญ่ของอะแลสกา รัฐวอชิงตันและบริติชโคลัมเบีย ประเทศแคนาดา ในรัฐแคลิฟอร์เนียและโอเรกอน คลื่นสึนามิสูงถึง 2.4 เมตรเข้าถล่มบางพื้นที่ ทำความเสียหายแก่อู่เรือและท่าเรือ ในเคอร์รีเคาน์ตี (Curry County) รัฐออริกอน เกิดความเสียหาย 7 ล้านดอลลาร์สหรัฐ รวมทั้งพื้นที่อู่เรือ 3,600 ฟุตที่ท่าเรือบรุกกิงส์ (Brookings) เคานต์ตีได้รับเงินช่วยเหลือฉุกเฉิน 1 ล้านดอลลาร์สหรัฐจากองค์กรเพื่อการบริหารจัดการสถานการ์ณฉุกเฉินแห่งรัฐบาลกลาง (FEMA) คลื่นสึนามิสูง 1 พัดเข้าถล่มแวนคูเวอร์ในประเทศแคนาดา ทำให้มีการอพยพบางส่วน ทำให้เรือถูกห้ามออกสู่ทะเลรอบเกาะเป็นเวลา 12 ชั่วโมงหลังคลื่นกระทบฝั่ง ทิ้งให้ชาวเกาะหลายคนติดอยู่ในพื้นที่ปราศจากวิธีออกไปทำงาน
ในฟิลิปปินส์ คลื่นสูงถึง 0.5 เมตรพัดเข้าถล่มชายฝั่งตะวันออกของประเทศ บ้านบางหลังตามชายฝั่งจายาปุระ (Jayapura) ประเทศอินโดนีเซีย ถูกทำลาย ทางการในวีวัก (Wewak) เซปิกตะวันออก (East Sepik) ปาปัวนิวกินี อพยพผู้ป่วย 100 คนจากโรงพยาบาลของนครแห่งนั้น ก่อนที่จะถูกคลื่นพัดกระทบ ก่อให้เกิดความเสียหายประเมินไว้ 4 ล้านดอลลาร์สหรัฐ รัฐฮาวายประมาณความเสียหายที่เกิดขึ้นกับโครงสร้างพื้นฐานสาธารณะอย่างเดียวอยู่ที่ 3 ล้านดอลลาร์สหรัฐ โดยมีความเสียหายต่อทรัพย์สินของเอกชนอีกหลายล้านดอลลาร์สหรัฐ รวมทั้ง โรงแรมรีสอร์ต โดยประเมินความเสียหายไว้หลายสิบล้านดอลล่าร์ มีรายงานว่าคลื่นสูง 1.5 เมตรจมเวิ้งน้ำปะการังและเกาะสปิต (Spit Island) ของมิดเวย์อะทอลล์ ทำให้นกทะเลที่ทำรังอยู่ที่เขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าแห่งชาติมิดเวย์อะทอลล์ตายกว่า 110,000 ตัว สำหรับประเทศแปซิฟิกใต้อื่นอีกบางประเทศ รวมทั้งตองงาและนิวซีแลนด์ และดินแดนอเมริกันซามัวและกวมของสหรัฐ เผชิญกับคลื่นขนาดใหญ่กว่าปกติ แต่ไม่มีรายงานความเสียหายมากนัก อย่างไรก็ตาม ถนนบางสายในกวมถูกปิดและประชาชนถูกอพยพจากพื้นที่ลุ่มต่ำ
ตามชายฝั่งแปซิฟิกของเม็กซิโกและอเมริกาใต้ มีรายงานคลื่นสึนามิพัดถล่ม แต่ในหลายพื้นที่ได้ก่อให้เกิดความเสียหายเพียงเล็กน้อยไปจนถึงไม่เกิดผลกระทบเลย มีรายงานว่าคลื่นสูง 1.5 เมตรพัดเข้าถล่มเปรู และบ้านเรือนมากกว่า 300 หลังคาเรือนได้รับความเสียหาย คลื่นสึนามิในชิลีเองก็มีขนาดใหญ่พอที่จะก่อให้เกิดความเสียหายแก่บ้านเรือนมากกว่า 200 หลังคาเรือน โดยมีคลื่นสูงถึง 3 เมตร ในหมู่เกาะกาลาปาโกส มี 260 ครอบครัวได้รับความช่วยเหลือหลังคลื่นสูง 3 เมตรพัดเข้าถล่ม คลื่นดังกล่าวมาถึงยี่สิบชั่วโมงหลังแผ่นดินไหว แต่ก็หลังประกาศแจ้งเตือนภัยสึนามิถูกยกเลิกไปแล้ว สิ่งปลูกสร้างบนหมู่เกาะได้รับความเสียหายอย่างหนัก และมีรายงานผู้ได้รับบาดเจ็บหนึ่งคน แต่ไม่มีรายงานผู้เสียชีวิต
คลื่นสึนามิดังกล่าวยังทำให้ภูเขาน้ำแข็งแตกออกจากหิ้งน้ำแข็งซูลส์เบอร์เกอร์ (Sulzberger Ice Shelf) ในแอนตาร์กติกา ห่างจากจุดเกิดแผ่นดินไหวออกไป 13,000 กิโลเมตร ภูเขาน้ำแข็งหลักวัดขนาดได้ 9.5 คูณ 6.5 กิโลเมตร หรือพื้นที่ประมาณเกาะแมนฮัตตัน และหนาประมาณ 80 เมตร รวมแล้วมีน้ำแข็งแตกออกไป 125 ตารางกิโลเมตร
ระดับและขอบเขตความเสียหายอันเกิดจากแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิที่เกิดตามมานั้นใหญ่หลวง โดยความเสียหายส่วนใหญ่นั้นเป็นผลจากคลื่นสึนามิ คลิปวิดีโอของเมืองที่ได้รับผลกระทบเลวร้ายที่สุดแสดงให้เห็นภาพของเมืองที่เหลือเพียงเศษซาก ซึ่งแทบจะไม่เหลือส่วนใดของเมืองเลยที่ยังมีสิ่งปลูกสร้างเหลืออยู่ การประเมินขอบเขตมูลค่าความเสียหายอยู่ในระดับหลายหมื่นล้านดอลลาร์สหรัฐ ภาพถ่ายดาวเทียมเปรียบเทียบก่อนและหลังในพื้นที่ที่ถูกทำลายล้างนั้นแสดงให้เห็นความเสียหายอย่างมโหฬารที่เกิดในหลายพื้นที่ แม้ญี่ปุ่นจะลงทุนเป็นมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์สหรัฐไปกับกำแพงกั้นน้ำต่อต้านสึนามิ ซึ่งลากผ่านอย่างน้อย 40% ของแนวชายฝั่งทั้งหมด 34,751 กิโลเมตร และมีความสูงถึง 12 เมตรก็ตาม แต่คลื่นสึนามิก็เพียงทะลักข้ามยอดกำแพงกั้นน้ำบางส่วน และทำให้กำแพงบางแห่งพังทลาย
สำนักงานตำรวจแห่งชาติของญี่ปุ่น แถลงเมื่อวันที่ 3 เมษายน พ.ศ. 2554 ว่า มีอาคาร 45,7000 หลังถูกทำลาย และอีก 144,300 หลังได้รับความเสียหายจากแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิ อาคารที่ได้รับความเสียหายนั้น ประกอบด้วย 29,500 หลังในจังหวัดมิยะงิ 12,500 หลังในจังหวัดอิวาเตะ และ 2,400 หลังในจังหวัดฟูกูชิมะ โรงพยาบาลขนาดใหญ่กว่า 20 เตียง 300 แห่งในโทโฮกุได้รับความเสียหายจากภัยพิบัติดังกล่าว โดยมี 11 โรงถูกทำลายลงอย่างสิ้นเชิง แผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิก่อให้เกิดกองวัสดุก่อสร้างและซากปรักหักพังที่ประเมินไว้ 24-25 ล้านตันในญี่ปุ่น
มีการประเมินว่ารถยนต์และรถบรรทุกกว่า 230,000 คน ได้รับความเสียหายหรือถูกทำลายไปในภัยพิบัติ จนถึงสิ้นเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2554 ชาวจังหวัดอิวาเตะ มิยางิ และฟูกูชิมะ ได้ร้องขอจดทะเบียบยานพาหนะออกจากระบบ (deregistration) กว่า 15,000 คันหรือลำ หมายความว่า เจ้าของยานพาหนะเหล่านี้ทราบว่าซ่อมแซมไม่ได้หรือเรือไม่อาจกู้ได้
ในบรรดาศพ 13,135 ศพที่ถูกเก็บกู้จนถึงวันที่ 11 เมษายน พ.ศ. 2554 กว่า 12,143 ศพ หรือกว่า 92.5% เสียชีวิตเพราะจมน้ำ เหยื่ออายุ 60 ปีหรือมากกว่า คิดเป็น 65.2% ของจำนวนผู้เสียชีวิตทั้งหมด และ 24% ของเหยื่อทั้งหมดอยู่ในวัยเจ็ดสิบ จนถึงวันที่ 10 เมษายน พ.ศ. 2554 กระทรวงสาธารณสุข แรงงานและสวัสดิการของญี่ปุ่น แถลงว่า กระทรวงฯ ทราบว่ามีเด็กอย่างน้อย 82 คนกลายเป็นเด็กกำพร้าจากภัยพิบัติดังกล่าว แผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิ จนถึงวันที่ 28 เมษายน พ.ศ. 2554 คร่าชีวิตนักเรียนชั้นประถมศึกษา มัธยมศึกษาตอนต้นและตอนปลายไป 378 คน และมีผู้สูญหายอีก 158 คน ด้านกระทรวงการต่างประเทศญี่ปุ่นรายงานว่า มีชาวต่างชาติเสียชีวิตสิบเก้าคน จนถึงวันที่ 27 พฤษภาคม พ.ศ. 2554 สมาชิกกองกำลังป้องกันตนเองภาคพื้นดินญี่ปุ่นเสียชีวิตไปสามนาย ขณะปฏิบัติภารกิจบรรเทาสาธารณภัยในโทโฮกุ
คลื่นสึนามิยังมีรายงานว่าทำให้มีผู้เสียชีวิตอีกหลายศพนอกประเทศญี่ปุ่น ชายคนหนึ่งเสียชีวิตในจายาปุระ ปาปัว อินโดนีเซีย หลังถูกคลื่นกวาดลงทะเลไป ชายซึ่งกล่าวกันว่าพยายามถ่ายภาพคลื่นสึนามิที่กำลังถาโถมเข้ามาที่ปากแม่น้ำแคลมัธ (Klamath) ทางใต้ของนครครีเซนท์ รัฐแคลิฟอร์เนีย ถูกกวาดลงทะเลไป ร่างไร้ชีวิตของเขาถูกพบเมื่อวันที่ 2 เมษายน ตามหาดโอเชียนในฟอร์ทสตีเฟนส์ รัฐออริกอน ห่างไปทางเหนือ 530 กิโลเมตร
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่งและแห่งที่สอง โอนางาวะ และโทไก ซึ่งประกอบด้วยเตาปฏิกรณ์ทั้งสิ้น 11 เตา ถูกปิดลงอัตโนมัติหลังแผ่นดินไหว ส่วนฮิงาชิโกริ ซึ่งตั้งอยู่บนชายฝั่งตะวันออกเฉียงเหนือเช่นกัน ปิดตัวลงไปแล้วก่อนหน้านี้เพื่อตรวจสอบตามกำหนด ระบบทำความเย็นนั้นจำเป็นเพื่อกำจัดความร้อนจากการสลายหลังเครื่องปฏิกรณ์ถูกปิดลง และเพื่อรักษาบ่อเก็บเชื้อเพลิงใช้แล้ว กระบวนการหล่อเย็นสำรองได้พลังงานจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลฉุกเฉินที่โรงไฟฟ้า และที่โรงงานแปรสภาพเชื้อเพลิงใช้แล้วร็อกคาโช (Rokkasho) ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะทั้งสองแห่ง คลื่นสึนามิถาโถมข้ามยอดกำแพงกั้นน้ำและทำลายระบบพลังงานดีเซลสำรอง ทำให้เกิดปัญหาร้ายแรงที่ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่ง รวมทั้งเกิดเหตุระเบิดขนาดใหญ่ขึ้นสามครั้งและการรั่วไหลของกัมมันตภาพรังสี มีผู้ถูกอพยพไปมากกว่า 200,000 คน หลังจากความพยายามลดอุณหภูมิไม่ประสบผลมาเกือบสัปดาห์ จึงมีการใช้รถดับเพลิงและเฮลิคอปเตอร์ในการเทน้ำเพื่อลดอุณหภูมิ
เมื่อวิกฤตการณ์นิวเคลียร์ย่างเข้าสู่เดือนที่สอง ผู้เชี่ยวชาญยอมรับว่าฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่งมิใช่อุบัติเหตุนิวเคลียร์ครั้งร้ายแรงที่สุด แต่ยุ่งยากซับซ้อนที่สุด การวิเคราะห์ภายหลังบ่งชี้ว่าเครื่องปฏิกรณ์สามเครื่อง (หน่วยที่ 1, 2 และ 3) หลอมละลายและน้ำหล่อเย็นยังคงรั่วไหล จนถึงฤดูร้อน รัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงเศรษฐกิจ การค้าและอุตสาหกรรม หัวหน้าสำนักงานความปลอดภัยนิวเคลียร์และอุตสาหกรรม และหัวหน้าสำนักงานทรัพยากรธรรมชาติและพลังงาน ต้องพ้นจากตำแหน่งไป
ญี่ปุ่นประกาศสถานการณ์ฉุกเฉินหลังระบบหล่อเย็นล้มเหลวที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่ง ส่งผลให้ผู้อยู่อาศัยใกล้เคียงถูกอพยพไป เจ้าหน้าที่ทางการจากสำนักงานความปลอดภัยนิวเคลียร์และอุตสาหกรรมญี่ปุ่นรายงานระดับกัมมันตภาพรังสีในโรงไฟฟ้าสูงขึ้นมากกว่าปกติถึง 1,000 เท่า และระดับกัมมันตภาพรังสีนอกโรงไฟฟ้าสูงถึง 8 เท่าจากปกติ ภายหลัง ยังมีการประกาศสถานการณ์ฉุกเฉินอีกที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่สองที่อยู่ห่างออกไป 11 กิโลเมตรทางใต้ ซึ่งทำให้เครื่องปฏิกรณ์ที่ประสบปัญหาทั้งหมดเพิ่มขึ้นเป็นหกเครื่อง
มีรายงานว่า ไอโอดีนกัมมันตภาพรังสีถูกตรวจจับได้ในน้ำประปาในเขตจังหวัดฟูกูชิมะ โทจิงิ กุมมะ โตเกียว ชิบะ ไซตามะ และนีงาตะ และซีเซียมกัมมันตภาพรังสีในน้ำประปาในเขตจังหวัดฟูกูชิมะ โทจิงิ และกุมมะ ซีเซียม ไอโอดีนและสตรอนเชียมกัมมันตภาพรังสียังได้ถูกพบในดินบางพื้นที่ของฟูกูชิมะ นอกจากนี้ยังมีความจำเป็นต้องแทนที่ดินที่ปนเปื้อน ผลิตภัณฑ์อาหารยังถูกพบว่าปนเปื้อนจากสารกัมมันตภาพรังสีในหลายพื้นที่ของญี่ปุ่น วันที่ 5 เมษายน พ.ศ. 2554 รัฐบาลจังหวัดอิบารากิห้ามการประมงปลาแซนด์ เลซ (sand lace) หลังพบว่าปลาชนิดดังกล่าวปนเปื้อนซีเซียมกัมมันตภาพรังสีสูงกว่าระดับที่กฎหมายกำหนด จนถึงปลายเดือนกรกฎาคม เนื้อวัวปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสีถูกพบวางขายอยู่ที่ตลาดในกรุงโตเกียว
เกิดไฟไหม้ขึ้นในส่วนกังหันของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โอนางาวะหลังแผ่นดินไหว โดยเกิดขึ้นในอาคารอันเป็นที่ตั้งของกังหันที่ตั้งอยู่แยกจากเครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้า และถูกดับไปหลังจากนั้นไม่นาน โรงไฟฟ้าดังกล่าวถูกปิดลงเพื่อเป็นการระวังไว้ก่อน
วันที่ 13 มีนาคม มีการประกาศสถานการณ์ฉุกเฉินระดับต่ำสุด เกี่ยวกับโรงไฟฟ้าโอนางาวะ เมื่อค่ากัมมันตภาพรังสีชั่วคราวเกินระดับที่ได้รับอนุญาตในพื้นที่ตั้งโรงไฟฟ้า บริษัทผลิตไฟฟ้าโตเกียวแลถงว่า นี่อาจเป็นเพราะกัมมันตภาพรังสีจากอุบัติเหตุนิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่ง แต่ไม่ใช่จากโรงไฟฟ้าโอนางาวะเอง
อาฟเตอร์ช็อกเมื่อวันที่ 7 เมษายน ทำให้โรงงานแปรสภาพเชื้อเพลิงใช้แล้วรกกาโชและโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฮิงาชิโดริสูญเสียพลังงานภายนอก แต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองยังทำงานอยู่ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์โอนางาวะเสียสายไฟฟ้าภายนอก 3 จาก 4 เส้น และเสียระบบหล่อเย็นเป็นเวลานานถึง 80 นาที มีน้ำปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสีรั่วไหลสู่สิ่งแวดล้อมที่โอนางาวะเล็กน้อย
เครื่องปฏิกรณ์หมายเลข 2 ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์โทไกถูกปิดลงอัตโนมัติ วันที่ 14 มีนาคม มีรรายงานว่าปั๊มระบบหล่อเย็นของเครื่องปฏิรณ์ดังกล่าวหยุดทำงาน อย่างไรก็ตาม บริษัทพลังงานอะตอมญี่ปุ่น แถลงว่า ยังมีปั๊มระบบประปาที่สองที่ยังรักษาระบบหล่อเย็นต่อไป แต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลสองในสามเครื่องที่ให้พลังงานแก่ระบบหล่อเย็นใช้การไม่ได้
ท่าเรือทั้งหมดของญี่ปุ่นปิดชั่วคราวหลังจากเกิดแผ่นดินไหว ก่อนที่บางแห่งในโตเกียวหรือใต้ลงไปกว่านั้นจะเปิดใช้อีกครั้งในเวลาไม่นาน ท่าเรือตะวันออกเฉียงเหนือ ได้แก่ ฮาจิโนเฮะ เซ็นได อิชิโนมากิ และโอนาฮามะถูกทำลาย ในขณะที่ท่าเรือชิบะซึ่งรองรับอุตสาหกรรมไฮโดรคาร์บอนและท่าเรือคาชิมะซึ่งเป็นท่าเรือขนส่งสินค้าขนาดใหญ่ที่สุดเป็นอันดับเก้าในญี่ปุ่นได้รับความเสียหายเช่นกันแต่น้อยกว่ามาก ท่าเรือที่ฮิตาชินากะ ฮิตาชิ โซมะ ชิโอกามะ เคเซ็นนูมะ โอฟูนาโตะ คามาชิ และมิยาโกะ ได้รับความเสียหายเช่นกัน และคาดการณ์ว่าจะไม่สามารถเปิดใช้ได้อีกหลายสัปดาห์ ท่าเรือหมดทั้ง 15 แห่งเปิดใช้งานอีกครั้งโดยจำกัดการเดินเรือเมื่อถึงวันที่ 29 มีนาคม ท่าเรือโตเกียวได้รับความเสียหายเล็กน้อย ผลกระทบของแผ่นดินไหวรวมไปถึงควันที่มองเห็นได้ลอยขึ้นมาจากอาคารในท่าเรือ ซึ่งบางส่วนของท่าถูกน้ำท่วม รวมทั้งการเหลวตัวของดินในพื้นที่ที่จอดรถของโตเกียวดิสนีย์แลนด์
เขื่อนชลประทานฟูจินูมะในซูกางาวะแตก ทำให้เกิดอุทกภัยและน้ำได้พัดพาบ้านเรือนไปกับกระแสน้ำห้าหลัง มีผู้สูญหายแปดคน และศพผู้เสียชีวิตสี่ศพถูกค้นพบในเช้าวันรุ่งขึ้น ตามรายงาน ประชาชนท้องถิ่นบางคนพยายามซ่อมแซมรอยแตกของเขื่อนก่อนที่เขื่อนจะแตก เมื่อวันที่ 12 มีนาคม เขื่อน 252 แห่งถูกตรวจสอบ และพบว่าเขื่อนทั้งหกแห่งมีรอยแตกตื้น ๆ บริเวณสันเขื่อน อ่างเก็บน้ำที่เขื่อนคอนกรีตถ่วงน้ำหนักแห่งหนึ่งมีการพังทลายตามลาดที่ไม่น่าวิตกกังวล เขื่อนที่ได้รับความเสียหายทั้งหมดสามารถดำเนินการต่อไปโดยไม่มีปัญหา สี่เขื่อนในพื้นที่แผ่นดินไหวยังไม่สามารถเข้าถึงได้ เมื่อการติดต่อทางถนนสามารถเข้าถึงได้ ผู้เชี่ยวชาญจะถูกส่งไปตรวจสอบเพิ่มเติม
ทันทีหลังเกิดหายนะดังกล่าวขึ้น มีอย่างน้อย 1.5 ล้านครัวเรือนได้รับรายงานว่าไม่สามารถเข้าถึงน้ำประปาได้ จนถึงวันที่ 21 มีนาคม ยอดดังกล่าวลดลงเหลือ 1.04 ล้านครัวเรือน
ตามข้อมูลของโทโฮะกุอิเล็กทริกพาวเวอร์ (TEP) มีบ้านเรือนราว 4.4 ล้านหลังคาเรือนทางตะวันออกเฉียงเหนือของญี่ปุ่นไม่มีกระแสไฟฟ้าใช้ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และเครื่องปฏิกรณ์ไฟฟ้าทั่วไปหลายเครื่องไม่สามารถใช้การได้หลังจากเกิดแผ่นดินไหว ซึ่งลดกำลังการผลิตกระแสไฟฟ้าของบริษัทผลิตไฟฟ้าโตเกียว (TEPCO) ลง 21 จิกะวัตต์ มาตรการตัดกระแสไฟฟ้า (rolling blackout) เริ่มขึ้นเมื่อวันที่ 14 มีนาคม จากการขาดแคลนพลังงานซึ่งเป็นผลมาจากแผ่นดินไหว TEPCO ซึ่งปกติแล้ว ผลิตไฟฟ้าอย่างน้อย 40 จิกะวัตต์ ประกาศว่าขณะนี้ทางบริษัทสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้เพียงราว 30 กิกะวัตต์ ที่เป็นเช่นนี้เพราะไฟฟ้าร้อยละ 40 ที่ใช้ในพื้นที่เขตมหานครโตเกียวปัจจุบันได้รับไฟฟ้าที่ผลิตจากเครื่องปฏิกรณ์ในจังหวัดนีงาตะและฟูกูชิมะ เครื่องปฏิกรณ์ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะทั้งสองแห่งถูกปิดตัวลงอัตโนมัติหลังเกิดเหตุแผ่นดินไหวขึ้นครั้งแรก และได้รับความเสียหายอย่างหนักจากเหตุแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิที่เกิดขึ้นตามมา คาดว่าจะมีมาตรการตัดกระแสไฟฟ้านานสามชั่วโมงถึงสิ้นเดือนเมษายนและจะส่งผลกระทบถึงจังหวัดโตเกียว คานางาวะ ชิซูโอกะ ยามานาชิ ชิบะ อิบารากิ ไซตามะ โทจิงิ และกุมมะ การเต็มใจลดการใช้กระแสไฟฟ้าโดยผู้บริโภคในเขตคันโตช่วยลดความถี่และระยะที่เกิดไฟฟ้าดับจากที่เคยทำนายไว้ การลดการใช้ไฟฟ้าโดยสมัครใจของผู้บริโภคในพื้นที่คันโตช่วยลดความถี่และระยะเวลาของการตัดกระแสไฟฟ้าที่คาดการณ์ไว้ จนถึงวันที่ 21 มีนาคม พ.ศ. 2554 จำนวนครัวเรือนทางตอนเหนือของญี่ปุ่นที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าใช้ลดลงเหลือ 242,927 ครัวเรือน
TEP ปัจจุบันไม่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าเพิ่มเติมให้กับเขตคันโตได้ เพราะเครื่องปฏิกรณ์ของ TEP เองก็ได้รับความเสียหายจากเหตุแผ่นดินไหวด้วยเช่นกัน คันไซอิเล็กทริกพาวเวอร์คอมปานี (Kepco) ไม่สามารถแบ่งกระแสไฟฟ้าให้ได้ เพราะระบบของบริษัททำงานอยู่ที่ 60 เฮิรตซ์ ขณะที่ของ TEPCO และ TEP ทำงานที่ 50 เฮิรตซ์ ซึ่งเป็นผลมาจากการพัฒนาทางอุตสาหกรรมและสาธารณูปโภคในยุคเริ่มแรกในคริสต์ทศวรรษ 1880 ซึ่งทำให้ญี่ปุ่นไม่มีสายส่งไฟฟ้าทั่วประเทศที่เป็นเอกภาพ สถานีย่อยสองแห่งในชิซูโอกะและนางาโนะสามารถแปลงความถี่และส่งกระแสไฟฟ้าจากคันไซไปยังคันโตและโทโฮกุแต่มีกำลังสูงสุดจำกัดอยู่ที่ 1 กิกะวัตต์ และจากความเสียหายที่เกิดขึ้นกับเครื่องปฏิกรณ์หลายเครื่องนั้น อาจต้องใช้เวลาหลายปีจึงจะฟื้นฟูระดับการผลิตกระแสไฟฟ้าทางตะวันออกของญี่ปุ่นให้กลับคืนสู่ระดับก่อนเกิดแผ่นดินไหว
ในควมพยายามจะช่วยบรรเทาการขาดแคลนพลังงาน ผู้ผลิตเหล็กกล้าสามรายในภูมิภาคคันโตได้สนับสนุนกระแสไฟฟ้าที่ผลิตโดยโรงไฟฟ้าแบบเก่าภายในองค์กร ให้แก่ TEPCO เพื่อแจกจ่ายต่อไปยังสาธารณชน ซูมิโตโมเมทัลอินดัสตรีส์ สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ถึง 500 เมกะวัตต์ เจเอฟอีสตีล 400 เมกะวัตต์ และนิปปอนสตีล 500 เมกะวัตต์ ผู้ผลิตรถยนต์และชิ้นส่วนรถยนต์ในคันโตและโทโฮกุยังตกลงในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2554 โดยเปิดโรงงานเฉพาะวันเสาร์และวันอาทิตย์ และปิดวันพฤหัสบดีและวันศุกร์เพื่อช่วยบรรเทาการขาดแคลนไฟฟ้าระหว่างฤดูร้อน พ.ศ. 2554
ส่วนกังหันลมพาณิชย์ของญี่ปุ่น ซึ่งรวมมีกำลังผลิตกระแสไฟฟ้ามากกว่า 2,300 เมกะวัตต์ ไม่ได้รับผลกระทบใด ๆ จากแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิเลย รวมทั้งทุ่งกังหันลมนอกชายฝั่งคามิซุ ซึ่งถูกสึนามิโดยตรง
โรงกลั่นน้ำมันของคอสโมออยล์คอมปานี ซึ่งมีกำลังการผลิต 220,000 บาร์เรลต่อวัน เกิดเพลิงลุกไหม้อันเป็นผลมาจากแผ่นดินไหวที่อิชิฮาระ จังหวัดชิบะ ทางตะวันออกของกรุงโตเกียว ไฟถูกดับลงหลังลุกไหม้เป็นเวลาสิบวัน ทำให้มีผู้เสียชีวิตและได้รับบาดเจ็บรวมหกคน และทำลายคลังน้ำมันไปด้วย ขณะที่โรงกลั่นน้ำมันแห่งอื่น ๆ ชะลอการผลิตจากการตรวจสอบความปลอดภัยและการสูญเสียพลังงาน ในเซ็นได โรงกลั่นน้ำมันกำลังการผลิต 145,000 บาร์เรลต่อวัน ซึ่งเป็นของบริษัทโรงกลั่นที่ใหญ่ที่สุดในญี่ปุ่น เจเอกซ์นิปปอนออยล์แอนด์เอเนอร์จี ได้เกิดเหตุเพลิงไหม้จากแผ่นดินไหวด้วยเช่นกัน มีการอพยพคนงาน แต่ประกาศเตือนภัยคลื่นสึนามิได้ขัดขวางความพยายามที่จะดับไฟกระทั่งวันที่ 14 มีนาคม เมื่อเจ้าหน้าที่ทางการวางแผนดำเนินการ
การวิเคราะห์ประเมินว่าการบริโภคน้ำมันหลายประเภทอาจเพิ่มสูงขึ้นเป็นถึง 300,000 บาร์เรลต่อวัน (รวมทั้งก๊าซธรรมชาติเหลว) เพื่อใช้ป้อนให้กับเครื่องปฏิกรณ์ชนิดเผาผลาญเชื้อเพลิงซากฟอสซิลเพื่อพยายามทดแทนกำลังการผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์ 11 จิกะวัตต์ของญี่ปุ่น
เครื่องปฏิกรณ์ของเมืองเซ็นไดที่นำเข้าก๊าซธรรมชาติเหลวได้รับความเสียหายอย่างหนัก และวัตถุดิบถูกชะลอไว้อย่างน้อยเดือนหนึ่ง
เครือข่ายคมนาคมของญี่ปุ่นหยุดชะงักอย่างรุนแรง ทางด่วนสายโทโฮกุหลายส่วนที่อยู่ทางตอนเหนือของญี่ปุ่นได้รับความเสียหาย ทางด่วนดังกล่าวปิดให้บริการกระทั่งวันที่ 24 มีนาคม พ.ศ. 2554 บริการรถรางทั้งหมดในโตเกียวหยุดชะงัก ประเมินว่าผู้โดยสารอย่างน้อย 20,000 คนติดค้างอยู่ที่สถานีหลัก ๆ ทั่วนคร ไม่กี่ชั่วโมงหลังแผ่นดินไหว บริการรถไฟบางส่วนได้กลับมาให้บริการอีกครั้ง รถไฟส่วนใหญ่ในพื้นที่โตเกียวได้กลับมาเปิดให้บริการทั้งหมดภายในวันรุ่งขึ้น (12 มีนาคม) นักท่องเที่ยวกว่าสองหมื่นคนใช้ชีวิตอยู่ภายในโตเกียวดิสนีย์แลนด์ในคืนวันที่ 11-12 มีนาคม
คลื่นสึนามิท่วมท่าอากาศยานเซ็นไดเมื่อเวลา 15.55 น. ตามเวลามาตรฐานญี่ปุ่น ราวหนึ่งชั่วโมงหลังแผ่นดินไหวครั้งแรก ทั้งท่าอากาศยานนานาชาตินาริตะและฮาเนดะได้ชะลอการให้บริการหลังจากแผ่นดินไหว โดยเที่ยวบินส่วนใหญ่เปลี่ยนไปลงท่าอากาศยานแห่งอื่นเป็นเวลาราว 24 ชั่วโมง สายการบินสิบสายที่ปฏิบัติการที่นาริตะได้ย้ายที่ทำการยังฐานทัพอากาศโยโกตะที่อยู่ใกล้เคียงแทน
บริการรถไฟทั่วญี่ปุ่นจำนวนมากถูกยกเลิก โดยบริษัทรถไฟญี่ปุ่นตะวันออกชะลอการให้บริการทั้งหมดทั้งวัน รถไฟสี่ขบวนบนสายชายฝั่งมีรายงานว่าขาดการติดต่อกับผู้ให้บริการ รถไฟขบวนหนึ่ง ซึ่งเป็นรถไฟสี่ตู้ขบวนบนสายเซ็นเซกิ ถูกพบว่าตกราง และผู้โดยสารได้รับการช่วยเหลือไม่นานหลังจาก 8.00 น. ของวันรุ่งขึ้น ทางรถไฟ 62 จากทั้งหมด 70 สายของบริษัทรถไฟญี่ปุ่นตะวันออกได้รับความเสียหายระดับหนึ่ง ในพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบหนักที่สุด 23 สถานีบน 7 สายทางรถไฟ ถูกพัดพาไป โดยทำความเสียหายหรือสูญเสียรางใน 680 จุด และพื้นที่รัศมี 30 กิโลเมตรรอบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟูกูชิมะแห่งที่หนึ่งไม่สามารถเข้าได้
ไม่พบรถไฟหัวกระสุนชิงกันเซ็งตกรางทั้งในและนอกกรุงโตเกียว แต่การให้บริการก็หยุดชะงักไปเช่นกัน โทไดโดชิงกันเซ็งได้กลับมาให้บริการอย่างจำกัดภายในวันเดียวกัน และเปิดให้บริการตามตารางเวลาปกติภายในวันรุ่งขึ้น ขณะที่โจเอ็ตสึและนางาโนะชิงกันเซ็งได้กลับมาให้บริการอีกครั้งในวันที่ 12 มีนาคม ส่วนการให้บริการยามางาตะชิงกันเซ็งกลับมาให้บริการแบบจำกัดวันที่ 31 มีนาคม สายโทโฮกุชิงกันเซ็งได้รับผลกระทบหนักที่สุด โดยบริษัทรถไฟญี่ปุ่นตะวันออกประเมินว่า รางกว่า 1,100 ส่วน ซึ่งมีระดับความเสียหายตั้งแต่หลังคาสถานีถล่มไปจนถึงเสาไฟฟ้าแรงสูงหักงอ ต้องการการซ่อมแซม โทโฮกุชิงกันเซ็งบางส่วนกลับมาให้บริการอีกครั้งเฉพาะในพื้นที่คันโตเมื่อวันที่ 15 มีนาคม โดยมีบริการไป-กลับเที่ยวเดียวต่อชั่วโมงระหว่างกรุงโตเกียวกับนาซุ-ชิโอบาระ และบริการพื้นที่โทโฮกุบางส่วนกลับมาให้บริการอีกครั้งเมื่อวันที่ 22 มีนาคม ระหว่างโมริโอกะและชิน-อาโอโมริ อากิตะชิงกันเซ็งกลับมาให้บริการอีกครั้งแบบจำกัดเมื่อวันที่ 18 มีนาคม
มาตรการตัดกระแสไฟฟ้าซึ่งเป็นผลมาจากวิกฤตการณ์เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในฟูกูชิมะ ได้ส่งผลลึกซึ้งต่อเครือข่ายรางรอบกรุงโตเกียว ตั้งแต่วันที่ 14 มีนาคม ทางรางหลักเริ่มมีรถไฟออกโดยเว้นช่วงห่าง 10-20 นาที จากปกติที่เว้นช่วงเพียง 3-5 นาที และให้บริการเป็นบางสายเฉพาะช่วงเวลาเร่งด่วน ส่วนสายอื่น ๆ จะถูกปิดอย่างสมบูรณ์ ที่เด่นคือ สายหลักโทไกโด สายโยโกซูกะ สายหลักโซบุ และสายชูโอ-โชบุ หยุดให้บริการทั้งวัน ซึ่งนำไปสู่ภาวะจราจรใกล้อัมภาตภายในเมืองหลวง โดยมีการเข้าแถวยาวที่สถานีรถไฟ และหลายคนไม่สามารถไปทำงานหรือกลับบ้านได้ ผู้ให้บริการทางรางเพิ่มจำนวนรถอีกไม่กี่วันถัดมา กระทั่งดำเนินการได้ 80% จากจำนวนปกติ จนถึงวันที่ 17 มีนาคม และช่วยบรรเทาความแออัดของผู้โดยสารที่เลวร้ายที่สุดลงได้
บริการโทรศัพท์เคลื่อนที่และโทรศัพท์พี้นฐานได้รับผลกระทบอย่างมากในพื้นที่ที่มีแผ่นดินไหว ในวันที่เกิดแผ่นดินไหวนั้น บริษัทกระจายเสียงอเมริกัน เอ็นพีอาร์ ไม่สามารถติดต่อใครในเซ็นไดผ่านโทรศัพท์หรืออินเทอร์เน็ตได้เลย บริการอินเทอร์เน็ตส่วนใหญ่ไม่ได้รับผลกระทบในพื้นที่ที่สาธารณูปโภคพื้นฐานยังคงมีอยู่ แม้แผ่นดินไหวจะสร้างความเสียหายแก่ระบบเคเบิลใต้ทะเลหลายส่วนที่นำขึ้นบกในพื้นที่ซึ่งได้รับผลกระทบ ระบบเหล่านี้สามารถเลี่ยงส่วนที่ได้รับผลกระทบไปยังส่วนที่ซ้ำซ้อนกันแทนได้ ในญี่ปุ่น มีเพียงไม่กี่เว็บไซต์เท่านั้นที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ในตอนแรก ผู้ให้บริการฮอตสปอตวายฟายหลายแห่งได้รับมือกับเหตุแผ่นดินไหวโดยให้บริการเข้าถึงเครือข่ายของพวกเขาฟรี และผู้ให้บริการทางโทรคมนาคมและวีโอไอพีอเมริกัน อาทิ เอทีแอนด์ที สปรินท์ เวอไรซอน ที-โมไบล์ และบริษัทวีโอไอพี อาทิ เน็ตทอล์ก และโวแนจ เสนอให้โทรศัพท์ไปญี่ปุ่นได้โดยไม่เสียค่าใช้จ่ายในเวลาที่กำหนด (บางบริษัทรวมทั้งโทรศัพท์กลับด้วย) เช่นเดียวกับบริษัทด็อยซ์ส เทเลคอมของเยอรมนีด้วย
องค์การสำรวจอวกาศญี่ปุ่นได้สั่งอพยพพนักงานจากศูนย์อวกาศสึกูบะในสึกูบะ จังหวัดอิบารากิ ศูนย์อวกาศดังกล่าวถูกปิดลง โดยมีรายงานได้รับความเสียหายบางส่วน ศูนย์อวกาศสึกูบะเป็นที่ตั้งของห้องควบคุมชิ้นส่วนของสถานีอวกาศนานาชาติ วันที่ 2 มีนาคม ศูนย์ควบคุมสึกูบะกลับมาปฏิบัติการเต็มตัวสำหรับห้องปฏิบัติการคิโบของสถานีอวกาศและยานพ่วงเอชทีวี
สมบัติทางวัฒนธรรมของญี่ปุ่น 549 ชิ้นได้รับความเสียหาย รวมทั้งหอจดหมายเหตุแห่งชาติ 5 แห่ง สมบัติทางวัฒนธรรมที่สำคัญ 143 ชิ้น อนุสาวรีย์ในญี่ปุ่น 120 แห่ง กลุ่มอาคารโบราณ 7 แห่ง และสมบัติทางวัฒนธรรมพื้นบ้านสำคัญที่จับต้องได้อีก 3 ชิ้น อนุสาวรีย์หินที่แหล่งมรดกโลกศาลเจ้าและวัดแห่งนิกโกโค่นลง ในกรุงโตเกียว เกิดความเสียหายแก่สวนโคอิชิกาวะ โครากุ สวนริกูงิ สวนฮามาริกิว อนชิ และกำแพงปราสาทเอโดะ ข้อมูลเกี่ยวกับสภาพของสะสมที่เป็นของพิพิธภัณฑ์ หอสมุดและหอจดหมายเหตุยังไม่สมบูรณ์ ไม่มีความเสียหายแก่อนุสรณ์และแหล่งประวัติศาสตร์ฮิราอิซูมิในจังหวัดอิวาเตะ และการชี้แนะสำหรับการขึ้นทะเบียนเป็นแหล่งมรดกโลกของยูเนสโกในเดือนมิถุนายนได้ใช้เป็นสัญลักษณ์ของการยอมรับจากนานาชาติและการฟื้นฟู
ผลที่ตามมาจากเหตุแผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิ รวมทั้งวิกฤตการณ์ด้านมนุษยธรรมและผลกระทบต่อเศรษฐกิจขนานใหญ่ คลื่นสึนามิส่งผลให้มีผู้อพยพมากถึง 300,000 คนในภูมิภาคโทโฮกุ ตลอดจนการขาดแคลนอาหาร น้ำ ที่พักอาศัย ยาและเชื้อเพลิงในผู้รอดชีวิต รัฐบาลญี่ปุ่นตอบสนองโดยระดมกำลังป้องกันตนเอง ขณะที่อีกหลายประเทศส่งทีมค้นหาและกู้ภัยช่วยค้นหาผู้รอดชีวิต องค์การช่วยเหลือทั้งในญี่ปุ่นและทั่วโลกยังได้ตอบสนอง โดยกาชาดญี่ปุ่นรายงานได้รับเงินบริจากว่า 1 พันล้านเยน ผลกระทบทางเศรษฐกิจมีทั้งปัญหาเฉียบพลัน ซึ่งการผลิตทางอุตสาหกรรมหยุดชะงักไปในหลายโรงงาน และปัญหาในระยะยาวกว่าในด้านการฟื้นฟูบูรณะ ซึ่งมีการประเมินไว้ที่ 10 ล้านล้านเยน
บริษัทแพร่ภาพกระจายเสียงสาธารณะแห่งชาติของญี่ปุ่น เอ็นเอชเค และโทรทัศน์ดาวเทียมญี่ปุ่น ชะลอรายการตามปกติเพื่อรายงานสถานการณ์ที่ดำเนินไป ส่วนเครือข่ายโทรทัศน์ทั่วประเทศญี่ปุ่นอีกหลายเจ้า ยังได้ออกอากาศการรายงานข่าวภัยพิบัติอย่างไม่ขาด ยูสตรีม (Ustream) ออกอากาศรายงานข่าวสดของเอ็นเอชเค โตเกียวบรอดแคสติงซิสเตม ฟูจิทีวี ทีวีอาซาฮี ทีวีคานางาวะ และซีเอ็นเอ็นทางอินเทอร์เน็ต เริ่มตั้งแต่วันที่ 12 มีนาคม พ.ศ. 2554 โยโกโซนิวส์ รายการวิทยุผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ต (webcast) จัดเวลาการออกอากาศรายงานข่าวล่าสุดที่รวบรวมจากสำนักข่าวญี่ปุ่นแห่งต่าง ๆ และแปลเป็นภาษาอังกฤษตามเวลาจริง คำเตือนทั้งหมดออกอากาศผ่านเอ็นเอชเค ในห้าภาษา อันได้แก่ ภาษาญี่ปุ่น ภาษาอังกฤษ ภาษาจีนกลาง ภาษาเกาหลีและภาษาโปรตุเกส
เอ็นเอชเคเป็นที่รู้จักกันว่าสงบเยือกเย็น เปรียบเทียบกับสำนักข่าวต่างประเทศอย่างซีเอ็นเอ็นหรือฟ็อกซ์นิวส์แชนแนล ซึ่งการรายงานมีข้อผิดพลาดและก่อให้เกิดความตื่นตระหนกในผู้อยู่อาศัยชาวต่างชาติในญี่ปุ่น การวิจารณ์เดียวกันยังชี้ว่า สื่อข่าวญี่ปุ่นบางครั้งระมัดระวังเกินไปในการหลีกเลี่ยงการก่อให้เกิดความตื่นตระหนกและเชื่อมั่นต่อแถลงการณ์ที่ชวนให้สับสนโดยผู้เชี่ยวชาญและทางการ