核电站在设计上应用了纵深防御概念，设置了多重屏障用以防止发生核事故。但由于极端自然灾害及人为失误、设备缺陷（设计和制造过程中的先天性缺陷或后天在运行过程中发生的故障）等因素，不能排除发生事故和严重事故的可能性，尽管概率非常低。
　
　　回顾核能发展史,1979年美国三里岛核事故和1986年前苏联切尔诺贝利核电站事故均是设备故障或人为操作失误所造成，2011年日本福岛核电站的事故主要是由地震叠加海啸的极端自然灾害所引发。此次灾难性核事故发生在全球核电复兴过程中，在全世界引起了极大的震动。
　
　　2011年3月11日14:46，日本东北部近海发生里氏9.0级特大地震并引发强烈海啸，位于日本东北海岸的多座核电站受到地震和海啸的袭击，由地震引起的一连串初始事件导致福岛第一核电站发生严重事故。
　
　　在地震前，福岛第一核电站的运行状态为：1号、2号和3号机组在额定功率下运行，5号和6号机组在定期检修。4号机组正在进行大修，所有压力容器内的核燃料已被转移到乏燃料水池。这6台机组各有一个乏燃料水池，位于反应堆厂房内。地震发生时，1号至3号运行机组自动停堆，但所有6路厂外电源全部丧失，应急柴油发电机自动启动。由于随后的海啸袭击（3月11日15:37），海水泵、应急柴油发电机和配电盘均被淹没，除6号机组外（该机组有一台气冷型应急柴油发电机保持运行），所有机组的应急柴油发电机停止运行，此外，由于海啸导致直流电源、海水泵等设备丧失，余热导出功能和相关仪表、控制等功能也随之丧失，从1至3号机组使用交流电源的冷却功能丧失以后，操纵员不断尝试在无交流电源的情况下恢复堆芯冷却功能。包括维持1号机组隔离冷凝器运行，2号机组堆芯隔离冷却系统运行，3号机组堆芯隔离冷却系统及高压安注系统运行，但由于长期的电源丧失，无法恢复长期的冷却和补水功能，导致堆芯部分融化，燃料包壳中的锆与水蒸汽之间发生化学反应产生大量的氢气，在进行压力容器泄压及安全壳泄压后，氢气及放射性气体释放至反应堆厂内，反应堆厂房因氢气爆炸受损，大量放射性物质向环境释放。
　
　　事故发生后，东京电力公司根据《原子力灾害对策特别措置法》，及时向场外应急组织及其他相关机构通报事故状况，同时迅速启动福岛核电站场内应急组织，开展机组状态控制、应急抢修、环境监测及人员剂量控制等应急响应行动，经过东电公司及相关单位的努力，2011年12月16日福岛第一核电站机组进入冷停堆状态。目前，各机组状态基本稳定，东电公司仍在不断采取相关措施，以实现反应堆堆芯冷却，并控制放射性物质向大气及海洋的排放。