เหตุการณ์แผ่นดินไหวและคลื่นสึนามิในโทโฮกุ พ.ศ. 2554 เมื่อวันที่ 11 มีนาคม พ.ศ. 2554 ซึ่งส่งผลให้มีความเร่งสูงสุดพื้นดินอยู่ระหว่าง 0.21 จี (2.10 ม./วินาที2) และ 0.28 จี (2.77 ม./วินาที2 ณ ที่ตั้งของโรงไฟฟ้า ซึ่งเป็นค่าที่ต่ำกว่าพื้นฐานการออกแบบมาก[6][7] เครื่องปฏิกรณ์ทั้งสี่หน่วยถูกปิดลงอัตโนมัติหลังจากแผ่นดินไหว[2] และเครื่องยนต์ดีเซลเริ่มทำงานเพื่อหล่อเย็นเครื่องปฏิกรณ์[8] TEPCO ประมาณว่าคลื่นสึนามิที่เกิดขึ้นหลังจากแผ่นดินไหวและเข้าท่วมโรงไฟฟ้าดังกล่าวนั้นมีความสูงถึง 14 เมตร ซึ่งมากกว่าสองเท่าของความสูงที่ได้รับการออกแบบไว้[6] คลื่นสึนามิที่ว่านี้เข้าท่วมห้องปั๊มซึ่งใช้สำหรับการถ่ายโอนความร้อนไปสู่ทะเล อันเป็นการระบายความร้อนพื้นฐานของเครื่องปฏิกรณ์[8] ขณะที่ระบบหล่อเย็นของหน่วยผลิตกระแสไฟฟ้าที่ 3 จะไม่ได้รับความเสียหาย เครื่องปฏิกรณ์เครื่องอื่นล้วนได้รับผลกระทบ ระบบหล่อเย็นยังคงสามารถใช้การได้ แต่ความร้อนเพิ่มขึ้นจากการขาดการระบายความร้อน ได้มีการใช้ระบบฉีดน้ำความดันสูง (HPCI) ซึ่งได้รับพลังงานจากไอน้ำจากเครื่องปฏิกรณ์ เพื่อลดความร้อนเพิ่มเติม[8]

เมื่อวันที่ 12 มีนาคม ระบบหล่อเย็นของเครื่องปฏิกรณ์สามเครื่อง (หมายเลข 1, 2 และ 4) ที่ห้องควบคุมความดันมีอุณหภูมิสูงถึง 100 °C ระหว่าง 5.30 น. และ 6.10 น. ตามเวลามาตรฐานญี่ปุ่น[9][10][11] ทำให้ระบบหล่อเย็นทั้งหมด (ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างห้องควบคุมความดันกับเครื่องปฏิกรณ์) ไม่มีประสิทธิภาพ[8] ระบบหล่อเย็นในห้องปั๊มได้รับการซ่อมแซมและเปิดใช้การได้ในหน่วยผลิตกระแสไฟฟ้าที่ 1, 2 และ 4 ไม่กี่วันหลังจากการปิดตัวลงฉุกเฉินหลังจากการลดความร้อนเริ่มต่อไปได้[9] จนกระทั่งอุณหภูมิลดลงต่ำกว่า 100 °C ในเครื่องปฏิกรณ์ที่ 2 ราว 34 ชั่วโมงหลังจากการปิดฉุกเฉิน[9] เช่นเดียวกับเครื่องปฏิกรณ์ที่ 1 และ 3 เมื่อเวลา 1.24 น. และ 3.52 น. ของวันที่ 14 มีนาคม และเครื่องปฏิกรณ์ที่ 4 เมื่อเวลา 7.00 น. ของวันที่ 15 มีนาคม[12] การสูญเสียน้ำหล่อเย็นในเครื่องปฏิกรณ์ที่ 1, 2 และ 4 ถูกจัดเป็นระดับที่ 3 ตามมาตราระหว่างประเทศว่าด้วยเหตุการณ์ทางนิวเคลียร์ (เหตุขัดข้องอย่างรุนแรง) โดยทางการญี่ปุ่นเมื่อวันที่ 18 มีนาคม[13][14]