2011年3月11日，日本东北部发生9级大地震，震中位于西北太平洋海底断层，属于典型的海底大型逆冲断层地震。加之震中距离日本东部海岸极近，震源深度仅10千米，由此引发最高达23米的海啸给东部沿岸地区造成毁灭性的破坏。其中包括位于福岛县的福岛第一核电站。
日本311大地震及余震强度、位置
与世界上大多数核电站类似，福岛第一核电站建设在海边，这主要是因为海水可以很方便地被用来冷却反应堆，消耗其多余的热量，从而确保核电站的安全。福岛核电站的6个反应堆属于沸水反应堆，这些轻水堆总功率达470万千瓦，由美国通用电气公司研发设计，于1967年动工，至1979年全面投产。
东日本大地震发生后，核电站工作人员按安全程序迅速对反应堆实施闭堆作业，他们关闭了所有反应堆并试图阻断裂变反应。由于停止工作的反应堆无法为冷却电机提供电能，核电站需要另外启动柴油发电机来为反应堆持续输送冷却水。然而几十分钟后15米高的海啸越过核电站仅5.7米高的防潮围堰、冲上10米高的堤坝、淹没了发电厂的应急柴油发电机，1~4号反应堆失去冷却水循环，只剩5、6号反应堆的冷却水发电机还可以正常工作。
海啸B翻过海堤E，淹没核电站厂房A造成冷却电机失效
作为第二代核反应堆技术，福岛核电站的反应堆在关闭后需要持续的外部冷却来去除堆芯燃料棒的衰变热能，否则将发生堆芯融化，酿成严重的核事故。不幸的是，福岛核电站用来为冷却水泵供电的应急柴油发电机由于受到海水浸泡失效，1~4号反应堆堆芯在蒸发完其中的冷却水后迅速升温。高温使1~3号反应堆中的热锆燃料包壳与水反应各产生800~1000千克的氢气。氢气排出后与空气混合，并最终导致爆炸，爆炸摧毁了反应堆内部的结构设施，进一步增加了救援难度。
福岛核电站1~4号堆全部被毁
核泄漏福岛核事故发生后，危险的放射性物质迅速向四周扩散，一年后（2012年3月）日本东北部大部分地区都检测到放射性物质，其辐射区域甚至波及东京湾的一些地区。下图为截至2012年3月检测到的放射性地图：
