目前，福島第一和第二核電站均遭遇冷卻難題。由于第一核電站采用的是沸水反應堆，遇緊急情況停堆后，須啟用備用電源帶動冷卻水循環散熱，但受海嘯等因素影響，應急用柴油發電機也無法運轉，堆芯冷卻水位急劇下降，積聚的熱量導致燃料棒熔毀。原子能安全和保安院12日宣布，福島第一核電站1號機組周邊檢測出放射性物質銫和碘，銫和碘都是堆芯的燃料鈾發生核裂變的產物，這表明熔毀現象進一步加劇。

為降低反應堆容器的壓力，東京電力公司12日晚開始使用消防水泵，向反應堆內直接注入海水降溫。原子能安全和保安院12日晚宣布，向反應堆注入海水后，燃料棒熔毀已初步得到遏制。東京大學研究生院教授小佐谷敏莊指出，海水注入反應堆后，1號機組幾乎不可能再次使用。

此外，福島第二核電站也已喪失冷卻功能，東京電力公司已開始釋放該核電站1號和2號機組反應堆容器內的水蒸氣，以降低容器內壓力，防止更大破損。該公司還準備釋放核電站內另外兩座反應堆的水蒸氣。

福島第一和第二核電站周邊的雙葉町、大熊町、富岡町的全部居民12日上午開始到劃定的危險區域之外避難，總計約有2萬人。

另據東京電力公司測定，當地時間18時58分，福島第一核電站區域內的放射線劑量已下降至每小時70.5微西弗，只有此前觀測到最大劑量的約七分之一，但輻射劑量仍大大超出正常值。