จุดเหนือศูนย์เกิดแผ่นดินไหวอยู่ใกล้กับ เกาะซิเมอลูเอ ของอินโดนีเซีย

แผ่นดินไหวถูกบันทึกครั้งแรกด้วยค่าความรุนแรงแมกนิจูด 8.8 ต่อมาในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2548 จึงได้ปรับเพิ่มเป็นแมกนิจูด 9.0[11] โดยศูนย์เตือนภัยสึนามิมหาสมุทรแปซิฟิกได้ยอมรับค่าใหม่นี้ ส่วนสำนักธรณีวิทยาสหรัฐอเมริกา (United States Geological Survey) ยังคงยึดค่าเดิมที่ประมาณการไว้ที่แมกนิจูด 9.1 ด้านผลการศึกษาล่าสุดในปี พ.ศ. 2549 บ่งชี้ว่าความรุนแรงของแผ่นดินไหวมีค่าระหว่างแมกนิจูด 9.1–9.3 อย่างไรก็ตาม ดอกเตอร์ฮิโระโอะ คะนะโมริ (Hiroo Kanamori) แห่งสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียแนะนำว่าแมกนิจูด 9.2 เหมาะสมที่จะใช้เป็นค่าตัวแทนสำหรับแผ่นดินไหวครั้งใหญ่ครั้งนี้[12]

จุดศูนย์กลางแผ่นดินไหวเกิดขึ้นใต้มหาสมุทรอินเดีย ลึกลงไป 30 กิโลเมตร (19 ไมล์) จากระดับน้ำทะเล ห่างจาก เกาะซิเมอลูเอ ไปทางทิศเหนือประมาณ 160 กิโลเมตร (100 ไมล์) ซึ่งตัวเกาะตั้งอยู่ห่างออกไปทางทิศตะวันตกของเกาะสุมาตรา โดยรอยเลื่อนซุนดาเมกะทรัสต์ (Sunda megathrust) ได้เลื่อนตัวแตกออกยาวถึง 1,300 กิโลเมตร (810 ไมล์)[13] ทำให้เกิดแผ่นดินไหวและตามด้วยคลื่นสึนามิ ประชาชนในประเทศบังคลาเทศ อินเดีย มาเลเซีย พม่า ไทย สิงคโปร์ และมัลดีฟส์รับรู้ถึงแรงสั่นสะเทือนจากแผ่นดินไหว[14] จากนั้นรอยเลื่อนย่อย (Splay fault) จึงขยับตาม ทำให้พื้นทะเลเกิดรอยแตกยาวในเวลาไม่กี่วินาที และเกิดน้ำทะเลยกตัวสูงและเพิ่มความเร็วแก่คลื่นให้มากขึ้น จากนั้นคลื่นสึนามิได้เข้าทำลายเมืองล็อกนา (Lhoknga) ใกล้กับเมืองบันดาอาเจะฮ์ จนราบเป็นหน้ากลอง[15]

ด้านธรณีสัณฐาน อินโดนีเซียตอนเหนือและตะวันออกใกล้กับนิวกินีจะตั้งอยู่บนแนววงแหวนแห่งไฟแห่งแปซิฟิก ส่วนตอนใต้พาดไปทางตะวันตกของประเทศเป็นแนวแผ่นดินไหวเรียกว่า แนวแอลไพด์ ผ่านเกาะติมอร์ โฟลเร็ซ บาหลี ชวา และเกาะสุมาตรา

แผนภูมิวงกลม แสดงขนาดโมเมนต์แผ่นดินไหวที่วัดได้ทั้งหมดตั้งแต่ปี ค.ศ. 1906–2005 เปรียบเทียบกับแผ่นดินไหวขนาดใหญ่แต่ละครั้ง แผ่นดินไหวในมหาสมุทรอินเดียแสดงสีน้ำเงินเข้ม

แผ่นดินไหวใหญ่ครั้งนี้เกิดขึ้นในเขตมุดตัวของเปลือกโลก ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวขนาดเมกะทรัสต์อยู่เสมอ มีค่าโมเมนต์แผ่นดินไหวสูงในระดับศตวรรษ โดยหากรวมค่าโมเมนต์แผ่นดินไหวทั้งหมดที่เกิดขึ้นในรอบ 100 ปี ตั้งแต่ ค.ศ. 1906 จนถึง 2005 แผ่นดินไหวที่อินโดนีเซียครั้งนี้จะมีขนาดโมเมนต์แผ่นดินไหวถึง 1 ใน 8 ของแผ่นดินไหวทั้งหมดดังกล่าว นอกจากนี้ หากรวมกับเหตุการณ์แผ่นดินไหวที่อะแลสกา ค.ศ. 1964 และที่ชิลี ค.ศ. 1960 จะมีขนาดโมเมนต์สูงถึงครึ่งหนึ่งของแผ่นดินไหวทั้งหมดดังกล่าว หากเทียบกับแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นในซานฟรานซิสโกปี ค.ศ. 1906 กับแผ่นดินไหวครั้งนี้ ถือว่าครั้งนั้นมีขนาดเล็กมาก (หากแต่ครั้งนั้นเกิดความเสียหายไม่แพ้กัน)

นับตั้งแต่ ค.ศ. 1900 แผ่นดินไหวในครั้งนี้ถือว่ามีขนาดใหญ่เป็นอันดับ 3 รองจากแผ่นดินไหวในชิลี ค.ศ. 1960 (แมกนิจูด 9.5) และแผ่นดินไหวในอะแลสกา ค.ศ. 1964 (แมกนิจูด 9.2) นอกจากนี้มีอีกเพียงสองครั้งที่มีขนาดแมกนิจูด 9.0 ได้แก่ แผ่นดินไหวที่คาบสมุทรคัมชัตคา ทางตะวันออกของรัสเซีย เมื่อ ค.ศ. 1952[16] และแผ่นดินไหวที่ญี่ปุ่น ค.ศ. 2011 เหตุการณ์แผ่นดินไหวดังกล่าวล้วนก่อให้เกิดคลื่นสึนามิในบริเวณมหาสมุทรแปซิฟิกแทบทั้งสิ้น ถึงกระนั้นกลับมีจำนวนผู้เสียชีวิตไม่มากอย่างมีนัยสำคัญ โดยสาเหตุหลักคือ ชายฝั่งใกล้ศูนย์กลางแผ่นดินไหวมีประชากรอาศัยเบาบาง พื้นที่ที่มีประชากรอาศัยอยู่อย่างหนาแน่นอยู่ห่างไกลจากศูนย์กลางแผ่นดินไหวเหล่านั้นมาก รวมถึงความมีประสิทธิภาพของระบบสาธารณูปโภคและระบบเตือนภัย เช่น ในกรณีของประเทศญี่ปุ่น เป็นต้น

แผ่นดินไหวขนาดใหญ่ (ขนาดเมกะทรัสต์) ครั้งอื่น เกิดขึ้นใน ค.ศ. 1868 ในประเทศเปรู (แผ่นเปลือกโลกนาสกาและแผ่นอเมริกาใต้) ค.ศ. 1827 ในโคลอมเบีย (แผ่นนาสกาและแผ่นอเมริกาใต้) ค.ศ. 1812 ในเวเนซูเอลา (แผ่นแคริบเบียนและแผ่นอเมริกาใต้) และแผ่นดินไหวคาสคาเดีย ค.ศ. 1700 ทางตะวันตกเฉียงเหนือของอเมริกา (แผ่นฮวนเดอฟูกาและแผ่นอเมริกาเหนือ) ทั้งหมดที่กล่าวมานี้คาดว่ามีความรุนแรงมากกว่าแมกนิจูด 9 แต่ไม่มีตัวเลขชัดเจนถึงขนาดที่แท้จริงในขณะนั้น

ภาพเคลื่อนไหวของคลื่นสึนามิสุมาตรา (ที่มา: องค์การสมุทรศาสตร์และบรรยากาศแห่งชาติสหรัฐอเมริกา