ในวันที่เกิดแผ่นดินไหวเตาปฏิกรณ์เครื่องที่ 1-3 ของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ฟุกุชิมะ–ไดอิจิ กำลังเดินเครื่อง ส่วนเตาปฏิกรณ์เครื่องที่ 4–6 นั้นอยู่ระหว่างการบำรุงรักษาประจำปี เมื่อเกิดแผ่นดินไหวเตาปฏิกรณ์ที่กำลังเดินเครื่องอยู่ได้หยุดทำงานโดยอัตโนมัติ จากเหตุแผ่นดินไหวทำให้ระบบไฟฟ้าจากภายนอกเสียหาย เครื่องกำเนิดไฟฟ้าฉุกเฉินทำการจ่ายไฟฟ้าให้กับระบบหล่อยเย็นของเตาปฏิกรณ์ทั้ง 6 เครื่องโดยอัตโนมัติ หลังนั้นประมาณ 40 นาที ได้เกิดซึนามิสร้างความเสียหายต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าฉุกเฉินทั้งหมดยกเว้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าฉุกเฉินของเตาปฏิกรณ์เครื่องที่ 6 จึงทำให้ระบบหล่อเย็นของเตาปฏิกรณ์เครื่องที่ 5 และ 6 สามารถทำงานได้เป็นปกติ แต่ระบบหล่อเย็นของเตาปฏิกรณ์เครื่องที่ 1-3 ไม่สามารถทำงานได้เนื่องจากขาดกระแสไฟฟ้าทำให้เกิดความเสียหายในแท่งเชื้อเพลิงและเกิดการระเบิดจากก๊าซไฮโดรเจนที่อาคารคลุมปฏิกรณ์เครื่องที่ 1,3, และ 4 ส่งผลให้เกิดการรั่วไหลของรังสี และสารกัมมันตรังสีบางส่วนได้ถูกปล่อยสู่สิงแวดล้อมจากการปรับลดระดับความดันและการถ่ายเทน้ำหล่อเย็นในเตาปฏิกรณ์เครื่องที่ 1-3 เพื่อควบคุมให้เตาปฏิกรณ์อยู่ในสภาวะปลอดภัย

การระเบิดจากก๊าซไฮโดรเจน 

         เมื่อระบบหล่อเย็นไม่ทำงานและน้ำหล่อเย็นในเตาปฏิกรณ์มีระดับต่ำกว่าแท่งเชื้อเพลิง แท่งเชื้อเพลิงจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นมากกว่า 1,200 องศาเซลเซียส โลหะเซอร์โคเนี่ยมซึ่งใช้ทำแท่งบรรจุเชื้อเพลิงจะทำปฏิกิริยากับไอน้ำหรือน้ำทำให้เกิดก๊าซไฮโดเจนและให้พลังงานความร้อนทำให้อุณหภูมิของแท่งเชื้อเพลิงสูงขึ้นตามสมการ

Zr + 2H₂O -> ZrO₂ + 2H₂

      โดยเตาปฏิกรณ์เครื่องที่ 1 สร้างก๊าซไฮโดรเจนประมาณ 300 – 600 กิโลกรัม เตาปฏิกรณ์เครื่องที่ 2 และ 3 สร้างก๊าซไฮโดรเจนประมาณ 300 – 1,000 กิโลกรัม

       ก๊าซไฮโดรเจนรั่วไหลออกจากเตาปฏิกรณ์ไปผสมกับอากาศ (ก๊าซอ๊อกซิเจน) ที่ส่วนบนของอาคารคลุมปฏิกรณ์ในอัตราส่วนที่เหมาะสมจนเกิดการเผาไหม้และเกิดการระเบิดขึ้นในที่สุด