強震過後，福島第一和第二號核電廠(Fukushima No.1,No.2)冷卻系統都故障，東京電力公司(Tokyo Electric Power Co,TEPCO)正努力為兩座核電廠釋壓，第一核電廠上午進行蒸汽釋壓，釋放含輻射的蒸氣之後，即檢測出核裂變時產生的放射性物質「銫」，因此認為一號核反應爐堆芯的一部分核燃料已經融解洩漏。
下午3點36分第一核電廠突然傳出爆炸聲，接著冒出白煙，據稱共有4人受傷，廠內鋼梁掉落、外牆剝落，從外面拍到的照片顯示，一號機的建築物外壁已經崩落只剩下骨架。據指出，目前推測可能是是冷卻用的氫氣發生爆炸，爆炸後爐心燃料棒外露，而外壁是把輻射線封在場內的最後堡壘，現在外壁崩落了，如果爐心真的發生輻射外洩，也無法阻止輻射擴散。
