เมื่อเกิดแผ่นดินไหว เตาปฏิกรณ์ฯก็ปิดลงโดยอัตโนมัติ ยุติปฏิกิริยาฟิชชันทันที เป็นเวลาเดียวกับที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองเริ่มทำงาน เพื่อให้ปั๊มทำงานรักษาความเย็นต่อไปได้ไม่หยุด แต่ไม่มีใครคาดว่า แผ่นดินไหวก่อให้เกิดคลื่นสึนามิที่โถมใส่โรงงานนิวเคลียร์ ทำให้น้ำท่วมชั้นล่าง เครื่องปั่นไฟฟ้าเสียหาย ระบบหล่อเย็นไม่ทำงาน ส่งผลให้แกนเตาปฏิกรณ์ปรมาณูสามเตาร้อนขึ้นเรื่อย ๆ จนละลาย เกิดการระเบิดขึ้นสามครั้ง กัมมันตรังสีแผ่กระจายไปทั่วพื้นที่ และลอยขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ