Trzęsienie ziemi w Japonii, zdaniem naukowców z Narodowego Instytutu Geofizyki i Wulkanologii, przesunęło oś Ziemi o co najmniej 10 cm. Natomiast NASA twierdzi, że na skutek zdarzenia dzień skrócił się o 1,6 mikrosekundy. Trzęsienie ziemi przesunęło też Honsiu o 2,4 m, a płyty tektoniczne obniżyły się o ponad 18 metrów.
thumb|Wybrzeże Japonii po przejściu tsunami
Tsunami thumb|left|Rozchodzenie się fali tsunami thumb|left|Wysokość fali tsunami na Oceanie Spokojnym Następstwem trzęsienia ziemi były potężne, ponad 10-metrowe (w niektórych miejscach osiągnęły 29,6 metra wysokości) fale tsunami, które uderzyły w niemal całe wschodnie wybrzeże Japonii, zalewając porty morskie, strefy przemysłowe, miasta, wioski, farmy, pola uprawne i nadbrzeżne lasy regionu Tōhoku. Na równinach woda morska wdarła się na 10 km w głąb lądu. W innych rejonach barierami dla tsunami były klify, góry i wyżyny. W wyniku tsunami najbardziej ucierpiały takie miasta, jak: Natori, Ishinomaki, Kamaishi, Ōfunato, Miyako, Minamisanriku, Kesennuma i Rikuzentakata. Miejscowości te zostały niemal zrównane z ziemią.