日本福島兩座核電站在大地震後，增至六個機組的冷卻系統失靈。其中第一核電站三號機組，高壓及低壓供水冷卻系統，在地震後都停止運作，工作人員正釋放反應堆內的空氣及注水，降低反應堆容器內的壓力。至於洩漏輻射的第一核電站，目前有最少廿二人受到放射性物質污染；但有消息說，受到核輻射污染的人可能多達一百九十人。共同社報道，一號機組的輻射量超標，達到882毫希，比法定安全標準高出超過300毫希。
國際原子能機構說，核電廠附近有十七萬人疏散。機構總幹事天野之彌發表聲明，對日本核電站的狀況表示擔憂，如果東京政府提出請求，願意派專家到當地，而美國已派出兩名核問題專家，前往日本協助。