300px|サムネイル|左から4号機→3号機→2号機→1号機（2011年3月16日撮影） は、2011年（平成23年）3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震とそれに伴う津波により、東京電力の福島第一原子力発電所で発生した原子力事故。1986年4月のチェルノブイリ原子力発電所事故以来、最も深刻な原子力事故となった。国際原子力事象評価尺度（INES）において、7段階レベルのうち、当初はレベル5に分類されたが、後に最高となるレベル7（深刻な事故）に引き上げられた。なお、レベル7に分類されている事故は、チェルノブイリ原子力発電所事故と、福島第一原子力発電所事故の2つのみとなっている。
2015年3月時点で、原子炉内にあった核燃料のほぼ全量が溶融している。
東日本大震災の一環として扱われている。この事故に起因する放射性物質による汚染で、2024年6月時点、帰還困難区域は、高知市とほぼ同じ面積の309km（東京ドーム約6,609個分）となっている。
2024年現在、廃炉作業が行われており廃炉作業の状況 東京電力ホールディングス（2024年8月29日閲覧）、順調に進行すれば2041年から2051年ごろまでに廃炉作業が完了する見込みとなっている。
概要 2011年（平成23年）3月11日の東北地方太平洋沖地震発生当時、福島第一原子力発電所（以下「原子力発電所」は「原発」と略す）では1 - 3号機が運転中で、4 - 6号機は定期検査中だった。1 - 3号機の各原子炉は地震で自動停止。地震による停電で外部電源を失ったが、地下に設置されていた非常用ディーゼル発電機（略称：DG）が起動した。
ところが地震の約50分後、遡上高14 -15m（コンピュータ解析では、高さ13.1m） の津波が発電所を襲い、非常用ディーゼル発電機が津波の海水によって故障した。さらに電気設備、ポンプ、燃料タンク、非常用バッテリーなど多数の設備が損傷または流失したため、全電源喪失（ステーション・ブラックアウト、略称：SBO）に陥った。このため、ポンプを稼働できなくなり、原子炉内部や使用済み核燃料プールへの注水が不可能となったことで、核燃料の冷却ができなくなった。核燃料は運転停止後も膨大な崩壊熱を発するため、注水し続けなければ原子炉内が空焚きとなり、核燃料が自らの熱で溶け出すことになる。
実際に、1 - 3号機共に核燃料収納被覆管の溶融によって核燃料ペレットが原子炉圧力容器（圧力容器）の底に落ちる炉心溶融（メルトダウン）が起き、溶融した燃料集合体の高熱で、圧力容器の底に穴が開いたか、または制御棒挿入部の穴およびシールが溶解損傷して隙間ができたことで、溶融燃料の一部が圧力容器の外側にある原子炉格納容器（格納容器）に漏れ出した（メルトスルー）。また、燃料の高熱そのものや、格納容器内の水蒸気や水素などによる圧力の急上昇などが原因となり、一部原子炉では格納容器の一部が損傷に至ったと見られ、うち1号機は圧力容器の配管部が損傷したと見られている。
また、1 - 3号機ともメルトダウンの影響で、水素が大量発生し、原子炉建屋、タービン建屋各内部に水素ガスが充満。1・3・4号機は水素爆発を起こして原子炉建屋、タービン建屋および周辺施設が大破した（4号機は定期検査中であったが、3号機から、給電停止と共に開放状態であった非常用ガス処理系配管を通じて充満した可能性が高い）。
格納容器内の圧力を下げるために行われた排気操作（ウェットベント・ドライアルベント）や、水素爆発、格納容器の破損、配管の繋ぎ目からの蒸気漏れ、冷却水漏れなどにより、大気中や土壌・海洋・地下水へ大量の放射性物質が放出された。複数の原子炉（1 - 3号機）が連鎖的に炉心溶融、複数の原子炉建屋（1・3・4号機）のオペレーションフロアで水素爆発が発生し、大量に放射性物質を放出するという、史上例を見ない大規模な原発事故となった。
事故により、大気中に放出された放射性物質の量は、諸説あるが、東京電力の推計によるとヨウ素換算値で約90京ベクレル（Bq）で、チェルノブイリ原子力発電所事故での放出量520京Bqの約1/6に当たる。東京電力は、2011年8月時点で、半月分の平均放出量は2億Bq（0.0002TBq = 0.2GBq）程度と発表している。空間放射線量が年間5ミリシーベルト（mSv）以上の地域は約1800km、年間20mSv以上の地域は約500kmの範囲に及んだ。
日本国政府は、福島第一原発から半径20km圏内を「警戒区域」、20km以遠の放射線量の高い地域を「計画的避難区域」として避難対象地域に指定し、10万人以上の住民が避難した。2012年4月以降、放射線量に応じて避難指示解除準備区域、居住制限区域、帰還困難区域に再編され、帰還困難区域では立ち入りが原則禁止された。2014年4月以降、一部地域で徐々に避難指示が解除され、避難指示解除準備区域・居住制限区域では2020年3月に全て解除されたが、帰還困難区域では一部地区を除き避難指示が続いている。
事故の内容 事故経過 thumb|right|200px|各原子炉の配置図（1975年撮影。3号機から6号機は当時建設中）・6号機が相馬側・4号機がいわき側
地震と津波による電源喪失 日本近海の牡鹿半島沖で2011年3月11日14時46分に発生した東北地方太平洋沖地震で、福島第一原発の在る大熊町は震度6強の揺れとなり、最大加速度は設計値の約126パーセントの550ガルを記録NHK「福島第一原発 3基で想定を超える揺れ」、施設内外に多くの破損が起こった。参考までに他の地震と比べると、兵庫県南部地震（阪神・淡路大震災）で観測された最大加速度は818ガル、事故時までの世界最大はギネスブックによると岩手宮城内陸地震：一関市の揺れ「世界一」 ギネスが認定毎日jp、2008年6月14日の岩手・宮城内陸地震での4022ガルである。
この地震により、稼働中の1 - 3号機は自動的に制御棒が挿入され緊急停止した（原子炉スクラム）。原発に電力を供給していた6系統の送電線の内の鉄塔1基倒壊した鉄塔は、福島第一原発山側の、夜ノ森線第27号鉄塔である。が地震による土砂崩れで倒壊し、5号機・6号機が外部電源を喪失した。1 - 4号機もまた、送電線の断線やショート、関連設備の故障などにより、同じく外部電源を喪失した。外部電源を損失したために館内は停電し、大量の水が降ってきた場所もあり、作業員は緊急退避した。
外部電源が失われたため、一旦は非常用電源（ディーゼル発電機）が起動して切り替わった。しかし、太平洋から押し寄せた大きな津波が、地震発生41分後の15時27分の第一波以後、数回に渡り原発を襲った。津波は低い防波堤を越え、施設を大きく破壊し、地下室や立坑にも浸水した。地下にあった1 - 6号機の非常用電源は水没し、二次冷却系海水ポンプや、燃料のオイルタンクも流失した。
このため、1・2・4号機が全電源喪失、3・5号機が全交流電源喪失に陥り（3号機は最終的にバッテリーが枯渇し、全電源を喪失した）、非常用炉心冷却装置（ECCS）や冷却水循環系のポンプも動かせなくなった。しかも、海水系冷却装置系統（RHR）は津波で破損した。核燃料は原子炉停止後も長い年月、崩壊熱を発し続けるため、長時間冷却が滞ると過熱を起こし、重大な事故に繋がる。
一旦冷却不能になれば、燃料棒は過熱し続けて炉内温度は上昇し、そのため冷却水からの水蒸気発生によって炉内水位は低下し、圧力容器と格納容器の内圧が上昇。燃料ペレット被覆管（ジルカロイ材）溶融による化学反応で多量の水素が発生--といった過程は進行を続け、有効な対策を打たない限りは数十時間程度で爆発する可能性がある。
これを防ぐため、格納容器内の蒸気を外に逃がす操作（ベント）を行い格納容器の圧力を下げる必要がある。しかし、ベントによっても放射性物質は放出されるのであり、最悪の事態を避けるためのやむを得ない措置である。通常行なわれるベントは、ウェットベント（=PCVベント）といい、格納容器内の蒸気を圧力抑制室内に貯められた水にくぐらせて大半の放射性物質を取り除いてから外部に放出する。ドライベントは、格納容器から直接外部に放出するためより多くの放射性物質が放出されることになる。
電源喪失により、原子炉冷却機能を失っただけでなく、原子炉の状態を示す各計器の値が表示されなくなり、さらに発電所内の照明、通信機能も失ったことが、事故対応を極めて困難なものにした。また津波によって発電所敷地内に瓦礫、車両、重油タンク等が散乱し、事故復旧のための資材搬入や車両通行を妨げた。さらに、大津波警報が継続するとともに大きな余震が繰り返し発生し、それらへの警戒から作業は度々中断を余儀なくされた。
1号機では最も早く注水が止まり、地震翌日までに炉心溶融・建屋爆発に繋がった。2号機では蒸気タービン駆動の隔離時注水系（RCIC）が3日間、炉心に水を注入し続けた。直流電源の残っていた3号機も2日間注水が継続していた（2・3号機は、全交流電源喪失を考慮し、隔離時注水系（RCIC）および高圧注水系（HPCI）と、2系統の蒸気タービン駆動注水装置がある）。
しかし、停電時間は電力会社が設計上想定してきた最大8時間に収まらず、非常用バッテリーを使い切った。交通渋滞による電源車の遅れ、原子炉の電圧と合う電源車が62台のうち1台しかなかったこと、電源車の出力不足、唯一の受電施設が水没したこと、地震翌日に開通した仮設電源ケーブルが開通6分後に1号機の水素爆発で吹き飛ばされたこと、自衛隊や在日米軍による電源車のヘリコプター空輸が重量超過のため、搬送できなかったことなどの複合要因により、全電源喪失の時間が長期化した。
1号機における事故の進展 1号機（）（経済産業省 2016年6月30日）では、3月11日14時46分の地震発生後、14時52分に原子炉を冷却する非常用復水器（イソコン）が起動したが、急激な圧力低下を緩和するため（圧力容器の破損を避けるため）作業員は手動での操作（起動・停止を繰り返し）に切り替えた。その操作中の15時半頃、津波に襲われ、地下にあった非常用ディーゼル発電機（DG）が水没、その他の電気系統も水没し、全電源喪失（DGトリップ）に陥った。全電源喪失まで起動と停止を繰り返していたイソコン（イソコンは電気がなくても機能する）が止まっているか、動いているかがわからなくなった。そのため、免震重要棟の職員に豚の鼻と呼ばれるイソコンの排気口を見に行かせたが、モヤモヤとした蒸気しか出ていなかった。このことからイソコンは停止していることが確認された。東京電力は、17時に電源車を出動させたが交通渋滞で動けず、18時20分に東北電力に電源車の出動を要請したが、到着は22時で、津波の被害・電圧不一致もあって、翌3月12日15時まで接続できなかった。
一方、11日19時30分に1号機の燃料は蒸発による水位低下で全露出して炉心溶融が始まり、20時50分から動かしていたディーゼル駆動消火ポンプも翌12日1時48分に機能停止、翌12日明方6時頃には全燃料がメルトダウンに至ったとみられる55 %炉心損傷は14日07時18分。「炉心溶融基準 把握せず」『読売新聞』朝刊2016年2月25日38面による。。1号機は上記の経緯で、地震発生後5時間で燃料が露出したとみられ、15時間ほどで炉心溶融したと思われる。
東京電力は11日夕方から夜にかけて、非常用復水器が停止していることを認識せず、注水が行われているとみていた（後述）。ところが11日23時頃から1号機原子炉内圧力の異常な上昇を検知し、格納容器内部圧力は設計強度の1.5倍にも達したため、3月12日0時6分頃、福島第一原発所長の吉田昌郎は、ベントの準備をするよう指示した。
経済産業大臣海江田万里も3月12日早朝、大量の放射性物質が大気中に放出されるおそれ、また水素爆発低減用に充填されている窒素も抜けてしまうおそれは承知の上で、ベント実施を命令し、内閣総理大臣菅直人も福島第一原発を訪れて、ベントを急ぐように指示した。菅の突然の訪問予定に第一原発の吉田所長は難色を示し、人員に余裕がないため一人で応対しようと決めた。菅は第一原発に向かうヘリコプターに同乗した原子力安全委員長班目春樹に「俺の質問にだけ答えろ」と命じて他の説明を拒否したとされる。
東京電力は12日9時頃にウェットベント作業を開始。しかし、操作マニュアルの不備や、高濃度の放射線に現場が汚染されたことでベントの作業は難航し、14時30分にようやくベント成功を確認した 。
その1時間後の3月12日15時36分、1号機の原子炉建屋は水素爆発を起こして大破した。この瞬間の様子は、福島中央テレビが福島第一原発から約17 km離れた富岡中継局（）に、2000年より設置していた情報カメラが撮影していた【放送】福島第一原発の爆発映像 “公共財”として社会で共有を朝日新聞デジタル（2012年7月10日）2020年9月6日閲覧 一般社団法人日本民間放送連盟（2013年5月13日）。その映像によれば、1号機から火炎を視認できない透明な爆発と同時に地面を這うような白煙が広がった。水素爆発の原因は、圧力容器が損傷したことで原子炉建屋内に水素が充満していたか、あるいはベントにより排出された多量の水素を含む水蒸気が、原子炉建屋のオペレーションフロアに流れ込んだためと諸説ある。菅が原発を視察した際、班目に水素爆発の可能性を質問し、班目は「ない」と答えたが、帰京後に官邸で1号機の水素爆発の映像をテレビで見た班目は「（水素爆発とすぐにわかったが）誰にも言えなかった」と供述している。福島中央テレビが撮影した映像は、3月12日15時40分に福島県ローカルのみで放送され、その1時間10分後の16時50分にNNN全国ネットで放送された。この映像で総理大臣官邸が事態を把握したことになる。この映像は世界に配信されたものの、発生当日に国内で放送されたのはNNNのみである。
水素爆発でまき散らされた瓦礫等により、負傷者が出ると共に、完成間近であった2号機への注水用ポンプケーブル敷設作業が、振り出しに戻ってしまった。また、爆風によって2号機建屋のブローアウトパネルが脱落、原子炉建屋内部が外気に通じた。
3号機における事故の進展 270px|サムネイル|右|自衛隊による放水 バッテリーが生きていた3号機でも、隔離時注水系（RCIC）による注水が、3月12日11時36分に停止。約1時間後の12時35分には高圧注水系（HPCI）が、RCIC停止を感知して入れ替わり起動し、その後14時間ほど稼働し続けた。しかし高圧注水をいつまでも続けることはできず、13日2時42分、HPCIを手動で停止。ディーゼル稼働消火ポンプでの注水に切り替えようと、主蒸気逃し安全弁（SR弁）を開いて原子炉内の圧力を下げようとした。ところがSR弁が開かず、注水が約7時間中断してしまった。
このため、3月13日4時15分に、炉心の露出が始まった。8時41分にベントに成功し、その1時間後までにディーゼル稼動消火ポンプと消防車によって注水も再開できたが、12時20分、注水用の水が無くなり注水が停止。13時12分に海水注入に切り替えたが、1号機同様注水は抜け道に逸れたため十分に水位が上がらず、炉心の露出が続いた。2014年8月6日に東京電力が発表した再解析の結果によると、既に3月13日午前5時半頃から、3号機の炉心溶融が始まり、3月14日7時頃には、燃料の大部分が圧力容器の底を突き破って、格納容器へ溶け落ちたと見られる3号機の30 %炉心損傷は14日05時03分、2号機の35 %炉心損傷は15日16時22分。「炉心溶融基準 把握せず」『読売新聞』朝刊2016年2月25日38面による。。
3月14日11時すぎ、原子炉建屋のオペレーションフロアから上が、1号機と同じように水素爆発し大破した。一瞬の透明な爆発の直後、燃料プール付近で一瞬の赤い炎が発生し、爆発煙が上がった。大量の瓦礫が高度数百 mまで巻き上げられて7人が負傷し、復旧作業も中断した。その後数日間、3号機建屋からは何度も煙が上がった。核燃料を貯蔵する燃料プールが沸騰していると推測され、3月17日からは、自衛隊がヘリコプターと消防車で燃料プールを目掛けて放水を行った。3号機建屋水素爆発と同時に排気筒へ通じるベント管が破断して高レベル放射性物質が原子炉建屋近くに拡散した。排気管破断の様子は水素爆発直後の映像で確認できた。
2号機における事故の進展 2号機では、全電源喪失2分前の11日15時39分に隔離時冷却系（RCIC）を手動起動しており、その後3日間も持ち堪えた。RCICの起動には直流電源が必要で、もし電源喪失前に起動していなければ、すぐに冷却機能を失い炉心損傷へと急転していた可能性が高い。
RCICによる注水は14日13時25分に停止。19時過ぎから格納容器ドライウェル圧力が上昇し、21時頃には圧力容器圧力とドライウェル圧力がほぼ同じになったことから、圧力容器が破損したものと推定される。水素も発生したと考えられるが、ブローアウトパネル脱落により建屋に開いた穴から放出されたため水素爆発には至らなかった。東電はウェットベントとドライベントを試みたが全て失敗し、このままでは圧力容器の破壊というこれまでよりも桁違いに深刻な事態に陥ることを恐れて現場は緊迫した空気に包まれた。東電は作業員の安全のため政府に第一原発からの撤退を申し入れたが、政府側はこれを「全面撤退」の意味で受け取り、拒否した（詳細は「#東京電力の全面撤退をめぐる報道」を参照）。格納容器圧力は600 - 700kPa（設計強度の約1.5倍）の高圧を7時間以上にわたって維持した。
15日6時14分頃、大きな衝撃音が発生し、同時に圧力抑制室の圧力計が0を示した。圧力抑制室が破損した可能性があると判断した現場は、最小限の要員を残して第一原発から退避した。しかし、実際にはこれは圧力計の故障と推定されている。この衝撃音は、同時間帯に起きた4号機水素爆発のものと考えられる。東電による地震計の解析によれば、衝撃音発生の正確な時刻は6時12分、場所は4号機からで、同時間帯に発生した衝撃はこの1回のみだけであった。しかしながら、このとき2号機圧力抑制室が破損したとの見方もある。
格納容器内圧力は15日7時25分にはまだ730kPaという高い値であったが、次に監視員が戻ってきて11時25分に確認した際には155 kPaまで低下していたため、この間に格納容器に破損が生じたと考えられる。事故で放出された放射性物質は、15日に2号機から放出されたものが最も多かったと推定されている。1・3号機ではウェットベントに成功したが、2号機ではベントに失敗し格納容器から直接放射性物質が放出されたためとみられる。しかし吉田所長らが恐れていた原子炉の決定的な破壊にまでは至らず、最悪の事態は回避された（詳細は「#最悪のシナリオ」を参照）。この日放出された大量の放射性物質は、初めは南向きの風に乗って関東地方へ拡散したが、北西への風に変わった夕方に降り出した雨で土壌に降下し、原発から北西方向へ延びる帯状の高濃度汚染域を作り出した。
4号機の水素爆発 15日6時14分頃、大きな衝撃音と振動が発生し、その後4号機原子炉建屋の損傷が確認された。4号機建屋は水素爆発を起こしたと考えられるが、1・3号機と違って爆発時の映像が残っていない。4号機は炉心定期点検中で、炉に燃料は装荷されていなかったが、3号機と4号機は原子炉建屋から排気筒への配管が共通のため、3号機建屋の水素が4号機建屋へ漏れたことで爆発が発生したと推定されている。なお4号機建屋に3号機建屋からの水素ガスが漏れてきた原因は、電源喪失に伴う切替弁の作動停止によるものと思われている。仕様として、1号機・2号機、3号機・4号機というふうに隣接同士で原子炉建屋の排気塔を共有する設計が問題であると指摘されている。水素爆発によって、4号機の使用済燃料プールがむき出しになることが恐れられたが、実際には水が残っていて核燃料の冠水が継続していた。仮にプールの冷却水が喪失していた場合、核燃料の過熱とそれによる溶融により、ウラン燃料からの大量の放射線放出の可能性があった。15日9時38分、建屋内で火災を確認したが、11時までに自然鎮火した。16日5時45分頃に再度火災の連絡があったが、6時15分には現場に火はなかった。隣接する3号機建屋付近の放射線量が極めて高かったため、現場の確認さえ困難になっていた。
5・6号機 5・6号機は、1 - 4号機と立地が異なりやや離れた高所にあり、津波被害がやや軽微であった。幸いにも6号機の高い位置に設置されたディーゼル発電機1基のみ津波被害を免れて実働であったため、これを輪番で兼用することで全電源喪失を免れることができ、核燃料冷却を継続できた。1 - 4号機は、標高35 mの丘陵を岩盤に近付けて標高10 mまで削って整地し（→福島第一原子力発電所#建設の経過）、非常用電源も地下1Fに設置していた。標高は5・6号機は13 m、福島第二原発は12 mであった。この落差がそのまま、津波被害の軽重へ直結した。現地では、やや高い5号機付近の敷地から、施設周辺が次第に津波に覆われる様子を撮影している。
収束へ 原子炉の冷温停止状態を目指す復旧作業として、原子炉と使用済み核燃料プールを冷やすための注水または放水（初期は海水、後に福島県双葉郡大熊町の坂下ダム貯水の淡水を使用）が、中国企業から無償提供された世界一長い６２メートルのアームを持つコンクリートポンプ車「大キリン」は中国企業の無償提供…処理水海洋放出に当時の担当者は「お互いに大切な国家」を日本（東京電力）に無償提供した世界第3位の中国系重機械メーカ2ページ目 東日本大震災の危機に駆けつけた巨大ポンプ車 （2024年3月7日掲載）｜中テレNEWS NNN]をはじめとする各種ポンプ車両、および仮設ポンプなどにより行われ続け、完成とは呼べないものの7月上旬には従来の注水から、アレヴァ、キュリオンの設備により放射性物質を除去した上での循環水冷却に完全に移行。8月には東芝などの開発したサリー (機械)も加わり、処理能力が向上した。以降も引き続き事態を収束へ向かわせる懸命の努力が続いた。
現場では、過酷な状況の中で作業者、技術者らが事故収束作業をしている。彼らは当初の人数に因み「フクシマ50」（フクシマフィフティ）などと称賛された。
注水を継続する中、タービン建屋の修理に必要な汚染水移送や、国内外のロボットを使った調査などがされている。原子炉建屋は高線量で人が立ち入れず、配管故障状況の調査、修理は難航しており、多くの計器や電気系統が故障し、原子炉の状態の詳細は把握されていない。それを助けるために、「原発災害用ロボット」を使った調査・情報収集も行われている。
4月17日、東京電力から2011年10月 - 2012年1月に原子炉を冷温停止させる2ステップからなる収束工程表が発表された。進められている手順は、主に以下の通りである。 機器のリモートコントロール化を利用し、また、作業員の線量管理、健康管理を厳重に行うことで、被曝などによる疾病を予防する。 建屋に人が入れるように、また、環境に漏出させないように、放射性物質を含む溜まり水を保管できる先を確保して移す。将来は浄化する。 立ち入れるよう、建屋の空気をフィルターでこして線量を下げる。 立ち入れるようになったら水位計、圧力計を修理して状況をより正確に把握する。状況に応じて適切に冷却手段を講じる。その過程で圧力が下がりすぎて空気（酸素）の流入で水素爆発が起こらないよう、窒素の注入を慎重に継続する。 4号機の使用済み燃料プールが損壊しないよう、下部を補強する。 空冷による冷却水循環系を早期に構築して、冷温停止させる。
作業の制約になる敷地内の線量を減少させ、また大気汚染を減らすために、主に以下の対策が行われた。 飛散防止剤（樹脂エマルジョン）の敷地散布。 リモートコントロール重機による汚染した瓦礫の撤去。 原子炉建屋を特殊なカバーで覆う。 2011年12月16日、政府は「発電所の事故そのものは収束に至った」として原子炉の冷温停止を宣言した。福島県知事は事故は収束していないとして反発した。
2013年3月18日に1・3・4号・共用プールの使用済み燃料プールが停電状態に陥って循環冷却機能を一時喪失したが、20日未明までに配電盤の復旧を行い冷却機能を回復した。
事故後の原子炉の状態
2015年、宇宙線ミュー粒子を利用して原子炉内部を透視した結果、1号機の核燃料はほぼ全量が熔融落下していることが分かった。核燃料は圧力容器の底から格納容器へ漏れ出たと見られる。また2号機では70%以上が熔融落下していることが分かり、2016年7月、落下した燃料の大部分が圧力容器の底に残っていると見られると分かった。また2014年の東電の解析によると、3号機では核燃料の大部分が圧力容器の底を突き破って格納容器へ落下したとみられる。
2011年5月24日に、東京電力は、計測された圧力データを基に、1号機は圧力容器の側にある格納容器に直径7cm相当の穴が1箇所、2号機では格納容器に直径10cm相当の穴が2箇所開いていると見ていることを発表した。これは事故が炉心溶融のみならず、さらに進行した炉心溶融貫通（メルトスルー）に至っている可能性を示唆している。
東京電力の5月26日の発表では、崩壊熱は5月20日時点で1 - 3号機がそれぞれ1,000 - 2,000kW、地震から半年後時点で1000kW前後としている。ウラン燃料が被覆管を溶融し、圧力容器、格納容器、そして配管の破れや2号機圧力抑制プールの破れを引き起こしている。3号機の炉心にはプルサーマル利用としてMOX燃料が使われ、ウランのほかにプルトニウムが含まれている。
2019年2月13日、東京電力は、福島第1原発2号機でロボットを使って溶け落ちたた核燃料（デブリ）と見られる堆積物の硬さなどを確認する調査を行った。炉心溶融（メルトダウン）を起こした1 - 3号機でのデブリの接触調査は初めてである。
2024年8月22日、東京電力は福島第一原子力発電所2号機で核燃料デブリの試験的な取り出しを行ったが接続の手違いにより一時中断した。9月10日に再開し11月7日に取り出しを成功させた。このデブリは日本原子力研究開発機構大洗研究所などに送られ研究され、2025年4月25日に照射燃料集合体試験施設（FMF）にて非破壊分析が行われた。その後11月19日に一部が播磨放射光RIラボラトリー（大型放射光施設（SPring-8）内）に移送され、固体分析（微小結晶構造、ウラン価数の評価）を行う予定である。
放射性物質の放出、拡散と汚染の状況
thumb|300px|事故に伴って出された避難エリア等 ベント、水素爆発、格納容器の破損、冷却水漏れなどにより、大気中、土壌、溜まり水、立坑、海水、および地下水へ放射性物質が放出された。放射性降下物は日本国内外に広がった。
福島第一原発からの放射性物質の放出は、3月14日深夜から16日までに最大のピークがあり、3月20 - 23日にもこれに次ぐ放出量があったとみられる。3月15日前後の放出は、主に2号機からのものと考えられているが、3月20日からの放出の原因は不明である。
放射性物質の拡散および土壌への沈着状況は、風向きおよび降水に大きく左右されたため、原発からの距離が同じでも放射線量は大きく違い、汚染状況は同心円状ではない。放出された放射性物質は、14日深夜から15日未明には南-南西への風で茨城県方面へ流されたが、風向きは次第に西向きに変わった。やがて降り出した雨によって放射性物質が地上に降下したことで群馬県と栃木県の北部に汚染をもたらした『朝日新聞』朝刊2011年11月21日。。さらに15日午後には福島県中通りで、15日夜には原発から北西方向の地域で、雨によって放射性物質が地上に降下し高濃度の汚染地域が作られた。また、3月20日午後に北向きの風で運ばれた放射性物質が、雨によって宮城県と岩手県の県境付近に降下。3月21日夜から22日未明には南向きの風に運ばれて茨城県南部や千葉県北部（柏市付近）へ汚染をもたらした。