日本地震后一天，福岛第一核电站的一座反应堆熔化并爆炸，并向大气释放放射性物质。
2011 年 Thoku 地震和海啸（日语：，赫本：Thoku-chih Taiheiy Oki Jishin）于 3 月 11 日日本标准时间 14:46（世界标准时间 05:46）发生。 9.09.1 (Mw) 级海底大地震的震中位于 Thoku 地区 Oshika 半岛以东 72 公里（45 英里）的太平洋，持续了大约 6 分钟，引发了海啸。它有时在日本被称为“东日本大地震”（Higashi nihon daishinsai）等。这场灾难在日文和英文中通常简称为 3.11（日文读为 san ten ichi-ichi）。这是日本有记录以来最强的地震，也是现代有记录以来世界上第四大地震始于 1900 年。地震引发了强大的海啸，在 Thoku 岩手县宫古市的海啸可能高达 40.5 米（133 英尺）的高度，而在仙台地区，海啸以 700 公里/小时（435 英里/小时）的速度传播，长达 10 公里（6 英里）的内陆。仙台居民只有八到十分钟的预警时间，一百多个疏散点被冲走。伴随海啸而来的降雪和冰冻温度极大地阻碍了救援工作；例如，死亡人数最多的城市石卷市在海啸袭击时的温度为 0 摄氏度（32 华氏度）。 2021 年公布的官方数据显示，死亡人数为 19,747 人，受伤人数为 6,242 人，失踪人数为 2,556 人，而 2015 年的一份报告显示，仍有 228,863 人因临时住所或永久搬迁而离家。灾难，主要是其三个反应堆的熔毁、福岛放射性水的排放以及影响数十万居民的相关疏散区。许多发电机燃料耗尽。电力中断导致冷却系统停止，导致热量积聚。热量积聚导致产生氢气。在没有通风的情况下，气体在上层加油大厅内积聚并最终爆炸，导致加油大厅的防爆板被强行弹出结构。福岛第一核电站半径 20 公里（12 英里）和福岛第二核电站半径 10 公里（6.2 英里）内的居民被疏散。
早期估计仅地震就造成了 14.5 美元至 346 亿美元的保险损失。日本银行于 2011 年 3 月 14 日向银行系统提供了 15 万亿日元（1830 亿美元），以努力使市场状况正常化。世界银行估计的经济损失为 2350 亿美元，是历史上损失最惨重的自然灾害。根据 2020 年的一项研究，“地震及其后果导致日本在灾后一年的实际 GDP 增长下降了 0.47 个百分点。”
福岛第一核电站（福岛第一原子力発电所，Fukushima Daiichi Genshiryoku Hatsudensho，Fukushima I NPP）是一座位于大熊镇和双叶镇占地 3.5 平方公里（860 英亩）的核电站。在日本福岛县。该工厂在 2011 年 3 月 11 日袭击日本的 9.0 级地震和海啸中遭受了重大破坏。一系列事件导致辐射泄漏并永久性损坏了几个反应堆，使其无法重新启动。根据政治决定，剩余的反应堆没有重新启动。
该工厂于 1971 年首次投入使用，由六个沸水反应堆组成。这些轻水反应堆驱动的发电机总功率为 4.7 GWe，使福岛第一核电站成为世界上 15 个最大的核电站之一。福岛是第一个与通用电气和东京电力公司 (TEPCO) 合作设计、建造和运行的核电站。2011 年 3 月的灾难使反应堆冷却系统失效，导致放射性物质释放并引发了 30 公里（19 mi) 工厂周围的疏散区；这些版本一直持续到今天。 2011 年 4 月 20 日，日本当局宣布 20 公里（12 英里）的疏散区为禁区，只能在政府监督下进入。
2011 年 11 月，第一批记者获准参观工厂。他们描述了其中三座反应堆建筑物被摧毁的破坏场景；地面上布满了破损的卡车、皱巴巴的水箱和海啸留下的其他碎片；和放射性水平如此之高，以至于游客只能停留几个小时。2012年4月，1-4号机组被关闭。 2-4 号机组于 4 月 19 日关闭，而 1 号机组是这四台机组中的最后一台，将于 4 月 20 日午夜关闭。 2013 年 12 月，TEPCO 决定所有未损坏的单元都不会重新开放。
2021 年 4 月，日本政府批准在 30 年内将这座发电厂的放射性水倾倒到太平洋中。位于南部 12 公里（7.5 英里）的姊妹核电站福岛第二核电站（“第二号”） ，也由东电运营。它在海啸期间也遭受了严重破坏，特别是在所有四个机组的海水入口处，但通过机组人员的非凡行动成功关闭并恢复到安全状态。