女川原子力発電所
一方、最大波から15分後の引き波の際には、原子炉を冷却する海水を取り込む為の取水口が剥き出しになった可能性が指摘されている。原子炉建屋の地下が浸水した2号機は、発電機などを冷却する熱交換機が海水につかった為非常用発電機3台のうち2台が起動しないトラブルに見舞われたものの、別系統によって停止した。1号機ではボイラー用の重油タンクが倒壊したり、原子炉建屋などで20個所が水漏れするなどのトラブルに見舞われたが、1号機および3号機も自動停止した。その後、1号機のタービン建屋の地下1階で火災が発生したが、同日22時55分に鎮火が確認された。
3月13日、女川原発敷地内で毎時21マイクロシーベルトの放射線が検出されたことが報じられた。女川原発の原子炉は地震後に全て自動停止し、冷温停止と呼ばれる安全な状態であったことから、原子力安全・保安院は、検出された放射線は福島第一原発の爆発で放出されたものとの見解を示した。
なお、原子炉等規制法により女川原発敷地内には一般住民が許可なく入ることが出来ず、当然、一般住民の避難所に指定されている建物も無いが、震災発生後、広報施設の「女川原子力PRセンター」に被災者が自主的に避難してきたため、敷地内の体育館等を開放して最大364名を収容し、食事や毛布等の提供がなされ、6月6日までのおよそ3カ月間、発電所員と寝食を共にした。