A rengés után cunami keletkezett, melynek első hullámait 6 méteresre becsülték, majd ezt az értéket módosították 10 méteresre. Későbbi mérések szerint a cunami magassága egyes helyeken a 38 métert is megközelítette.
A katasztrófa következtében több mint tizenkétezren meghaltak, sok volt a sebesült és több mint tizenötezer ember eltűnt. Japán fővárosában, Tokióban egy nagyobb tűz keletkezett, füst gomolygott az egyik épületből.
Tóhoku régió csendes-óceáni partjainál történt földrengés Japán keleti partvidékén, a Tóhoku régióbeli Szendai várostól nem messze következett be a legnagyobb pusztítás.
Észak-Japánban mintegy 4,4 millió háztartás maradt áram, és 1,4 millió víz nélkül. Több generátor leállt, és legalább két atomerőmű komolyabban károsodott, amely a környező vidékek kitelepítéséhez vezetett.
A rengés által keltett cunami miatt riadót rendeltek el, illetve az érintett lakosság evakuálására került sor Japánban, és másik 20 országban, többek között Észak- és Dél-Amerika nyugati partvidékén is.
A cunami még Chilében is komoly károkat okozott, a víz Japánban néhol tíz kilométeres mélységben hatolt be a szárazföldre.
Az amerikai United States Geological Survey (USGS) adatai szerint erősségét tekintve ez volt az eddigi legnagyobb földrengés Japán területén és a negyedik legnagyobb földrengés a világon, mióta méréseket végeznek.
A földrengés során 2,09·1018 J rugalmas energia szabadult fel, ami közel 20%-a az egy éven belül az egész földön kipattant összes földrengésének. A földrengést Magyarországon csak a műszerek érzékelték.
Az utórengés-aktivitásra jellemző, hogy a főrengést követő másfél nap során kilenc M>=7 méretű eseményt figyeltek meg, a M>=6 méretűek még május közepén sem voltak ritkák (sőt július végén is sor került egy 6,5-es erősségű rengésre Fukusima környékén). Az utórengések összesített energiája (nagyságrendileg 1015–1016 J) így is elhanyagolható volt a főrengés során felszabadult 2,09·1018 J energiához képest.
A 2011-es földrengés utórengései még 10 évvel az esemény után is érezhetők, 2021. február 13-án például 7-es erősségű utórengés rázta meg Szendai partvonalát, 185 ember megsérült, egy meghalt.
Olasz tudósok előzetes becslése szerint a Föld forgástengelyét 10 centiméterrel mozdította el a földrengés. Ugyanakkor egyes tanulmányok megkérdőjelezik egy ilyen mértékű tengelyelmozdulás lehetőségét. Richard Gross, a NASA (Jet Propulsion Labs) geofizikusa szerint pedig a Föld tömegközépponti tengelye („figure axis”, ami nem egyezik meg az észak–déli forgástengellyel) változott meg 17 centiméterrel, aminek eredményeképp minden nap átlagosan 1,8 mikroszekundummal rövidebbé vált. (Gyakorlatilag minden földtömegváltozás befolyásolja a Föld mozgását, de ezek jelentős része a gyakorlatban lemérhetetlen)
A Pacific Tsunami Warning Center (Csendes-óceáni cunamifigyelő központ) március 11-ére több riasztást is elrendelt, közöttük Japán területére, főként Honsú szigetének északkeleti partjára, de figyelmeztette a Csendes-óceán térségében található összes országot, cunamiriadót rendeltek el Chilére, Oroszországra, Mexikóra, a Hawaii-szigetekre, Ausztráliára, Indonéziára, a Fülöp-szigetekre, a Marshall-szigetekre, Pápua Új-Guineára, Naurura, valamint az Északi-Mariana-szigetekre is. Az orosz Szahalin-szigetről kimenekítettek 11 ezer embert, Hawaiin is elrendelték a part menti területek kiürítését.
A cunami körülbelül 10 órán belül elérte Észak-Amerika partjait is először Oregon államnál, majd később az egész észak-amerikai partvonalon, többek közt Mexikóban és az Amerikai Egyesült Államokban.
A földrengés és a cunami által érintett területen található atomerőművek üzemelő reaktorai automatikusan leálltak. A Fukusima I atomerőműben leállt az erőmű hűtőrendszere, az onagavai atomerőmű egyik turbinacsarnokában tűz ütött ki, a japán kormány szükségállapotot hirdetett. Március 12-én helyi idő szerint 15 óra 36 perckor nagy erejű vegyi robbanás történt a Fukusima Daiicsi (Fukusima I) atomerőmű 1-es reaktorcsarnokában, majd március 14-én hétfőn reggel a 3-asban is.
A katasztrófa sújtotta Tóhoku régió Japán GDP-jének 8%-át adja, a gyárbezárások, energiaszolgáltatás akadozása hónapokig hatással lehet a japán GDP-re.
A rengés epicentruma a japán partoktól 125 kilométerre, a hipocentruma 24 kilométeres mélységben volt. A 9,0-s erősségű földrengés után folyamatosan utórengések következtek be, előfordult köztük 5,8-es és 7,4-es erősségű is.
Az anyagi kár mértékéről csak becslések vannak, de 200 milliárd dollárra tehetők, 18 000 ház dőlt romba és 130 000 szenvedett jelentős károkat
A Rhode Island-i Egyetem szökőárkutatói megállapították a tengerfenék vizsgálata után, hogy a földrengés önmagában nem okozott volna ekkora erejű cunamit, ezért tovább vizsgálták a tengeri aljzatot és kiderült, földcsuszamlás is erősítette a hullámot
Modellszámításaink szerint a földmozgás maximum 16-18 méteres cunamit válthatott ki, viszont a Szanriku-parton, Japán központi szigete, a Honsú északkeleti részén száz kilométernyi partszakaszra 40 méter magas hullám csapott le.
A szökőárveszélyes helyeken még mindig rendre alulbecsülik a cunamikockázatot és az atomerőművekben érvényben levő biztonsági előírások is alulbecsülik a legnagyobb magnitúdújú földrengések valószínűségét.
