Με την εκδήλωση του μεγάλου σεισμού, οι αντιδραστήρες 1, 2 και 3 που βρίσκονταν σε λειτουργία εκείνη την ώρα, τίθενται αυτόματα εκτός λειτουργίας, με τις ράβδους ελέγχου να μπαίνουν ανάμεσα στις ράβδους καυσίμου και να σταματούν την αλυσιδωτή αντίδραση.
Αρχικά το σύστημα ψύξης λειτουργεί για την αφαίρεση της υπολειπόμενης θερμότητας και εκείνης που προέρχεται από τη φυσική ραδιενεργό διάσπαση του καυσίμου και των υποπροϊόντων. Απαιτούνται 3 - 6 μήνες για να πέσει η παραγωγή θερμότητας σε ανεπαίσθητα επίπεδα.
Περίπου μία ώρα μετά το σεισμό χτυπάει το τσουνάμι, με αποτέλεσμα να διακοπεί η παροχή ηλεκτρισμού στις αντλίες από το εθνικό ηλεκτρικό δίκτυο.
Οι ντιζελογεννήτριες επίσης αποτυγχάνουν λόγω του τσουνάμι και οι αντλίες λειτουργούν με μπαταρίες για 7 - 8 ώρες.
Βοηθητικές ντιζελογεννήτριες τίθενται σε λειτουργία, αλλά δεν επαρκούν για να κινήσουν τις αντλίες.
Οι ράβδοι καυσίμου υπερθερμαίνονται και τελικά διασπούν μέρος από το νερό ψύξης σε υδρογόνο και οξυγόνο.
Η πίεση στους αντιδραστήρες αυξάνεται. Για να μην εκραγούν, τα αέρια διοχετεύονται στο εσωτερικό του κτιρίου του αντιδραστήρα.
Μία σπίθα οδηγεί στην ανάφλεξη του εκρηκτικού μείγματος και στην καταστροφή τουλάχιστον του πάνω μέρους των κτιρίων.
Οι χειριστές πλημμυρίζουν τον αντιδραστήρα με θαλασσινό νερό εμπλουτισμένο με βόριο που απορροφά τα νετρόνια και εμποδίζει τις πυρηνικές αντιδράσεις.