Gempa bumi dan tsunami Samudra Hindia 2004
tengah lautan dapat dipakai untuk menghitung parameter gempa pertama tanpa perlu mempertimbangkan cara-cara rumit karena gelombang berubah ukuran dan bentuknya ketika mendekati pesisir.
Kenaikan vertikal dasar laut beberapa meter secara mendadak saat gempa memindahkan air dalam volume yang sangat besar. Akibatnya adalah tsunami yang menerjang wilayah pesisir Samudra Hindia.. Tsunami yang mengakibatkan kerusakan di daerah yang jauh dari sumbernya kadang disebut teletsunami dan kemungkinan besar tercipta oleh gerakan dasar laut secara vertikal, bukan horizonal.
Tsunami tersebut memiliki gerakan yang berbeda di perairan dalam maupun dangkal. Di laut dalam, gelmbang tsunami seperti bukit kecil, tidak terlalu jelas dan tidak berbahaya, yang biasanya berjalan dengan kecepatan sangat tinggi, yaitu 500 to 1.000 km/h (310 to 620mph). Di laut dangkal dekat pantai, tsunami melambat hingga puluhan kilometer per jam saja, tetapi ukuran gelombangnya
besar dan bersifat menghancurkan. Para ilmuwan yang menyelidiki kerusakan di Aceh membuktikan bahwa gelombang di Aceh mencapai ketinggian 24 metres (80ft) saat menghantam daratan, kemudian meninggi hingga 30 metres (100ft) di sejumlah daerah ketika menyapu daratan.
Satelit radar mencatat ketinggian gelombang tsunami di perairan dalam. Dua jam setelah gempa, ketinggian maksimumnya adalah 60 centimetres (2ft). Ini merupakan pengamatan ketinggian tsunami pertama di dunia, namun pengamatan tersebut tidak bisa dijadikan bahan peringatan karena satelit tidak dibuat untuk mengurus hal semacam itu dan datanya perlu dianalisis selama beberapa jam.
Menurut Tad Murty, wakil presiden Tsunami Society, total energi gelombang tsunami ini setara dengan lima megaton TNT (20petajoule). Jumlah ini dua kali lipat lebih besar daripada total energi semua bahan peledak yang dipakai selama Perang Dunia II (termasuk dua bom atom), namun masih dua level kekuatan lebih rendah daripada energi yang dilepasan saat gempa itu sendiri. Di sejumlah tempat, gelombang menerjang 2 km (1.2mi) ke daratan.
Karena patahan sepanjang 1.600 km (1.000mi) yang diakibatkan oleh gempa memiliki orientasi nyaris lurus utara-selatan, kekuatan terbesar gelombang tsunami berada pada bentangan timur-barat. Bangladesh, yang terletak di ujung utara Teluk Benggala, memiliki jumlah korban yang sangat sedikit meski negaranya dataran rendah dan relatif dekat dengan episentrum. Negara tersebut juga beruntung karena gempa berlangsung lebih lambat di zona patahan utara, sehingga mengurangi energi perpindahan air di wilayah itu.
Kawasan pesisir yang terhalang oleh daratan dari titik asal tsunami biasanya aman, tetapi gelombang tsunami kadang berdifraksi mengitari daratan tersebut. Karena itu negara bagian Kerala, India, ikut diterjang tsunami walaupun letaknya di pesisir barat India. Pesisir barat Sri Lanka juga dihantam tsunami besar. Jarak pun bukan jaminan selamat karena Somalia yang letaknya jauh dari episentrum mendapatkan tsunami yang lebih besar ketimbang Bangladesh.
Dikarenakan jaraknya, tsunami membutuhkan 15 menit sampai 7 jam untuk mencapai sejumlah wilayah pesisir. Wilayah utara Sumatera, Indonesia, terkena tsunami dalam waktu cepat, sedangkan Sri Lanka dan pantai timur India 90 menit sampai 2 jam kemudian. Thailand juga dihantam tsunami sekitar dua jam kemudian meski letaknya lebih dekat dengan episentrum, karena tsunami berjalan lebih lambat di Laut Andaman yang dangkal di lepas pantai baratnya.
Terjangan tsunami ini mencapai Struisbaai di Afrika Selatan, 8.500 km (5.300mi) dari episentrum, 16 jam setelah gempa dengan tinggi 1.5 m (5ft). Waktu tempuhnya ke ujung selatan Afrika lumayan lama karena landas kontinen yang luas di dekat Afrika Selatan dan tsunami tersebut menyusuri pesisir Afrika Selatan dari timur ke barat. Tsunami juga menerjang Antartika; pengukur gelombang di Pangkalan Showa milik Jepang mencatat osilasi setinggi satu meter (3ft 3in) disertai disturbansi selama dua hari.
Sebagian energi tsunami merembet ke Ssamudra Pasifik. Sejumlah tsunami kecil menerjang pesisir barat Amerika Utara dan Selatan dengan tinggi rata-rata 20 to 40 cm (7.9 to 15.7in). Tsunami setinggi 2.6 m (8ft 6in) tercatat di Manzanillo, Meksiko. Selain itu, tsunami ini cukup besar sampai-sampai gelombangnya mencapai Vancouver, British Columbia, Kanada. Fenomena ini membingungkan banyak ilmuwan, karena tsunami yang
tercatat di beberapa titik di Amerika Selatan ukurannya lebih besar daripada yang tercatat di sebagian wilayah Samudra Hindia. Diperkirakan tsunami tersebut difokuskan dan diarahkan untuk perjalanan jarak jauh oleh punggung tengah samudra yang membentang di sepanjang celah lempeng benua.
Walaupun ada jeda sekian jam antara gempa dan tsunami, nyaris semua korban berjatuhan secara mendadak. Tidak ada sistem peringatan tsunami di Samudra Hindia yang dapat mendeteksi tsunami atau memperingatkan penduduk pesisir. Deteksi tsunami tidak mudah karena ketika tsunami berada di laut dalam, ketinggiannya pendek dan perlu jaringan sensor untuk mengetahuinya. Pembangunan infrastruktur komunikasi untuk
mengeluarkan peringatan tepat waktu adalah masalah yang lebih besar lagi, terutama di daerah berpenduduk miskin.
Tsunami lebih sering terjadi di Samudra Pasifik karena gempa di wilayah "Cincin Api" dan sistem peringatan tsunami sudah lama dipasang di sana. Walaupun sisi paling barat Cincin Api menjorok ke Samudra Hindia (tempat terjadinya gempa), belum ada sistem peringatan yang dipasang di samudra tersebut. Tsunami relatif jarang di sana meski sering terjadi gempa di Indonesia. Tsunami besar terakhir di daerah tersebut
diakibatkan oleh letusan Krakatau tahun 1883. Perlu diketahui bahwa tidak semua gempa menghasilkan tsunami besar. Pada tanggal 28 Maret 2005, gempa berkekuatan 8.7 mengguncang daerah yang sama di Samudra Hindia tetapi tidak menghasilkan tsunami.
Pasca bencana, banyak pihak merasa sistem peringatan tsunami perlu dibangun di Samudra Hindia. Perserikatan Bangsa-Bangsa mulai membangun Sistem Peringatan Tsunami Samudra Hindia dan tahap awalnya baru dimulai tahun 2005. Sejumlah pihak bahkan mengusulkan pembangunan sistem peringatan tsunami global terpadu yang meliputi Samudra Atlantik dan Karibia.
Tanda peringatan pertama tsunami adalah gempa itu sendiri. Akan tetapi, tsunami dapat menerjang wilayah yang letaknya ribuan kilometer dari episentrum walaupun gempanya terasa lemah atau tidak terasa sama sekali. Beberapa menit sebelum tsunami, laut biasanya surut sementara dari pesisir. Di sekitar Samudra Hindia, pemandangan langka ini kabarnya membuat masyarakat, termasuk anak-anak, tertarik pergi
ke pantai untuk melihat dan mengumpulkan ikan di pantai terbuka sejauh 2.5 km (1.6mi). Kunjungan ke pantai ini berakibat fatal. Meski begitu, tidak semua tsunami memunculkan efek "laut menghilang". Kadang tidak ada tanda sama sekali, jadi laut tiba-tiba naik dan mengejutkan orang-orang tanpa memberi kesempatan untuk mengungsi.
Satu dari sedikit sekali kawasan pantai yang melakukan pengungsian sebelum tsunami adalah Pulau Simeulue di Indonesia yang letaknya sangat dekat dengan episentrum. Cerita rakyat di sana menyebutkan bahwa pada gempa dan tsunami tahun 1907, warga pulau mengungsi ke perbukitan setelah gempa pertama sebelum terjangan tsunami. Di pantai Maikhao beach di Phuket utara, Thailand, turis Britania Raya berusia 10 tahun bernama Tilly Smith belajar
tsunami saat pelajaran geografi di sekolahnya dan mengenali tanda-tandanya berupa penyurutan laut dan gelembung berbusa. Ia dan orang tuanya mengingatkan orang-orang di pantai, lalu dievakuasi ke tempat aman. John Chroston, guru biologi asal Skotlandia, juga melihat tanda tersebut di Teluk Kamala di sebelah utara Phuket. Para wisatawan dan warga lokal diungsikan ke daerah tinggi menggunakan bus.