เมื่อวันที่ 11 มีนาคม พ.ศ. 2554 เกิดแผ่นดินไหวซึ่งวัดความรุนแรงได้ 9.0 แมกนิจูด เมื่อเวลาราว 14.46 น. ตามเวลามาตรฐานญี่ปุ่น นอกชายฝั่งตะวันออกเฉียงเหนือของญี่ปุ่น เครื่องปฏิกรณ์ที่ 4, 5 และ 6 ถูกปิดตัวลงก่อนหน้าที่จะเกิดแผ่นดินไหวเพื่อการบำรุงรักษาตามกำหนด[14][15] ส่วนเครื่องปฏิกรณ์ที่เหลือถูกปิดลงอัตโนมัติหลังจากเกิดแผ่นดินไหว แต่คลื่นสึนามิที่เกิดขึ้นตามมาได้เข้าท่วมโรงไฟฟ้า ทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าฉุกเฉินซึ่งใช้สำหรับทำงานปั๊มทำความเย็นและควบคุมเตาปฏิกรณ์ ความเสียหายจากอุทกภัยและแผ่นดินไหวทำให้ความช่วยเหลือจากที่อื่นไม่สามารถเข้ามาถึงได้ อีกหลายวันต่อมามีหลักฐานว่าแกนปฏิกรณ์บางส่วนหลอมละลายในเครื่องปฏิกรณ์ที่ 1, 2 และ 3 การระเบิดของไฮโดรเจนทำลายวัสดุใช้หุ้มส่วนบนของอาคารซึ่งเป็นที่ตั้งของเครื่องปฏิกรณ์ที่ 1 และ 3 แรงระเบิดได้ทำลายอาคารคลุมเตาปฏิกรณ์ที่ 2 และเกิดเพลิงไหม้อย่างรุนแรงที่เครื่องปฏิกรณ์ที่ 4