Den 11. marts 2011 blev Japans nordøstlige kyst ramt af et jordskælv og en efterfølgende tsunami, der endte med at koste mere end 18.000 mennesker livet, men i mediedækningen blev dette imidlertid overskygget af, at naturkatastrofen også førte til den værste atomulykke i Japans historie og den værste på verdensplan siden Tjernobyl-katastrofen i 1986. Jordskælvet, der havde en styrke på 9.1 på richterskalaen, resulterede nemlig i, at tre af de seks kernereaktorer på Fukushima Daiichi atomkraftværket ved kysten i Fukushima-præfekturet automatisk lukkede ned, mens de resterende tre i forvejen var ude af drift grundet vedligeholdelsesarbejde. Strømmen til kraftværket blev ligeledes slået fra som følge af jordskælvet, så nødgeneratorerne måtte tages i brug. En time senere blev kraftværket så ramt af en 13 meter høj tsunami, hvilket resulterede i, at nødgeneratorerne blev ødelagt og svigtede, hvorved atomkraftværket stod uden strøm. Nedkølingsystemet kunne således ikke tages i brug, og resten af dagen forsøgte man på desperat vis at afværge en katastrofe, mens folk i området blev evakueret inden for en radius af 3 kilometer fra atomkraftværket.
Næste dag blev evakueringszonen udvidet til 20 kilometer, da den ene af kraftværkets turbinebygninger blev ramt af en eksplosion grundet ophobning af brint, der blev dannet af det fordampede vand. For selvom eksplosionen ikke fandt sted i nogen af reaktorerne, så førte denne til skader på bygningen, som husede reaktor 1, sådan at denne altså blev blottet, hvilket fik radioaktiviteten i området til at stige til 20 gange over det normale. En kernenedsmeltning havde nemlig allerede fundet sted i reaktor 1, og det fik radioaktiv stråling til at forlade bygningen, da denne blev beskadiget - også fordi man fortsatte den manuelle nedkøling af kernereaktorerne med brug af ferskvand og havvand. På tredjedagen begyndte en kernenedsmeltning i reaktor 3, og dagen efter blev denne så ramt af en eksplosion, hvilket førte til skader på nedkølingssystemet i reaktor 2, så en nedsmeltning ligeledes gik i gang dér.
Henover de kommende dage blev atomkraftværket ramt af flere eksplosioner, der påførte yderligere skader på bygningerne, mens mange brandfolk blev såret i deres daglige kamp efter at forhindre en atomkatastrofe, der dog viste sig at være uundgåelig. For selvom det efter flere uger lykkedes at få situationen under kontrol og sat kraftværket ud af drift, så havde det radioaktive udslip allerede bredt sig i området, mens tonsvis af forurenet vand var løbet ud i Stillehavet. Selv i Tokyo blev der registreret øget radioaktivitet i drikkevandet, og de japanske myndighederne måtte erkende, at de stod med en atomulykke, der kunne klassificeres som en 7'er, hvilket er den højeste værdi på den internationalt anvendte INES-skala, der beregner atomulykkers omfang. Fukushima Daiichi-ulykken havde nemlig ikke blot haft konsekvenser for lokalområdet, men også for havmiljøet, da dette var den værste radioaktive forurening, der nogensinde var blevet ledt ud i havet. Hvor omfattende konsekvenserne er ved dette har man dog endnu ikke overblik over, idet den radioaktive stråling i fisk fanget efter atomulykken befinder sig på et ufarligt niveau.
Mens evakueringszonen med tiden blev mindre, da den radioaktive stråling efterhånden vendte tilbage til normalen, så har denne dog forholdt sig på et forhøjet niveau omkring kraftværket, således at der endnu eksisterer en eksklusionszone, som der dog kører tog igennem. Mange familier har fået lov til at vende tilbage til deres hjem, mens andre muligvis aldrig får mulighed for at se deres hjem igen. I dag er det ikke farligt at rejse rundt i Japan eller uden for den endnu gældende eksklusionszone, hvor der stadig ligger forladte spøgelsesbyer, som man har mulighed for at besøge i begrænset tid.
Officielt kostede atomulykken over 2000 menneskeliv, men kun en enkelt arbejder på atomkraftværket døde som følge af strålesyge, mens to andre blev dræbt af tsunamien den 11. marts og senere fundet døde den 3. april. De resterende dødsfald er alle civile, der af den ene eller anden grund er gået bort grundet de forværrede leveforhold i forbindelse med evakueringen, der for manges vedkommende strakte sig over flere år. I de fleste tilfælde har der været tale om ældre eller syge borgere, der altså ikke blev direkte berørte af atomulykken, men som alligevel fik deres levestandard påvirket af denne. Selvmord er også inkluderet i listen over dødsofre, der med stor sandsynlighed vil fortsætte med at stige, eftersom der er blevet registreret øget kræftrisiko blandt indbyggere i nærheden af Fukushima Daiichi-kraftværket samt ansatte og brandmænd, der befandt sig ved dette under katastrofen, og hvis disse ender med at dø af kræft, vil de officielt blive anerkendt som værende ofre for atomulykken. Den mest udbredte kræftform som følge af radioaktiv stråling er dog kræft i skjoldbruskkirtlen, hvilket er en af de kræftformer med den laveste dødelighed, så antallet af fremtidige dødsofre menes at være minimal.
Fukushima Daiichi-kraftværket har siden været sat ud af drift, og ulykken medførte øget krav til sikkerheden på alle af Japans atomkraftværker, hvilket resulterede i, at mange reaktorer måtte lukke ned, fordi det var for dyrt at modernisere dem, så brugen af kernekraft i Japan faldt markant og i en periode var taget helt ud af drift. Ironisk nok var Fukushima Daiichi-kraftværket blevet advaret om faren ved en tsunami blot få dage før en sådan ramte, for selvom kraftværket lå beskyttet bag en fem meter høj bølgebryder, så var denne altså ikke høj nok til at bremse den næsten tre gange så høje flodbølge, der endte med at ramme den japanske kyst, hvor landets kraftværker typisk befinder sig. Disse er derfor ekstra sårbare, når en tsunami rammer, og af den grund har man også styrket værnene omkring kraftværkerne for at forhindre en mulig gentagelse af Fukushima Daiichi-ulykken. Denne førte også til en øget modstand mod atomkraft i Japan, hvor man umiddelbart efter begyndte at investere mere i alternative energiressourcer såsom vind og sol i bestræbelsen på at gøre landet mindre afhængigt af atomkraft.