日本大地震还引发了极为罕见的巨大海啸。根据日本国土地理院的数据分析显示，大海啸过水面积大约400平方公里。而且，北起北海道的鄂霍茨克海岸，南至小笠原群岛乃至四国岛等地，均发出了大海啸的警报。此外，甚至在九州东海沿岸以及宫古岛八重山列岛等地，也发出了海啸警报。2011年3月12日凌晨3时左右，石川县、福井县、日本近畿地区以及中国等地方均发出海啸注意警报。受此次地震影响，全日本几乎所有沿海岸地区均发出了海啸警报。

海啸受灾地区主要在太平洋沿岸。巨大海啸袭击了北起北海道南至千叶县的太平洋沿岸地区，重灾区是岩手、宫城和福岛三县的临海地区。广阔的海岸瞬间就被海啸所吞噬，而在沿岸的河口地区，海啸甚至上溯数公里之远，如仙台市附近的名取川河口。根据各地海潮观测点的数据，福岛县相马港15时50分海啸高度超过13米，茨城县大洗港、岩手县宫古港以及岩手县釜石港的观测点，也都测得4米以上的海啸。而受灾最严重的宫城县沿海地区的观测点根本没能留下数据，在第一波和第二波海啸中完全被数十米的巨大海啸所吞没。另外也有一些观测点所测得数据都是后期规模较小的海啸，例如岩手县宫古市测得的8.5米海啸、岩手县大船渡市所测得的8米海啸以及宫城县石卷市所测得的7.6米海啸。

那么，第一波以及第二波海啸到底达到怎样的规模呢?根据日本港湾空港技术研究所的推测数据，东北三陆海岸的海啸高度应该超过了15米。在如此规模的巨大海啸面前，沿岸地区的许多海啸防护设施都形同虚设，瞬间就被冲毁了。例如，曾经成功抵御1960年智利地震所引发海啸的岩手县宫古市防潮堤，其高10米、长达2433米。据推测，冲毁该堤坝的海啸浪高38米，这条海堤瞬间就被冲出了长达580米的巨大豁口。岩手县釜石市投资1200亿日元兴建的长达2公里、高63米的防波堤，号称“世界最高的防波堤”。该项目2009年刚刚竣工完成，在此次海啸中7成垮塌，整个釜石市都陷入了一片汪洋。巨资建设的这道防波堤所发挥的唯一作用，就是使海啸淹没釜石市的时间被推迟了6分钟。当然，在此次海啸中，也出现了依靠人工大堤成功抵挡海啸的案例。在岩手县普代村，高15.5米、长155米的防潮堤成功地抵御住海啸的肆虐，整个村子所在海岸都安然无恙。不过，这也与该地区远离海啸中心有关。

此次海啸还波及太平洋沿岸的许多国家。美国、智利、俄罗斯、新西兰等都发出了海啸警报。在印度尼西亚以及美国加利福尼亚，甚至还因海啸发生了死亡事件。

大地震之后，日本东北部地区的发达交通网络彻底崩溃，密布在该地区的高速公路、各条国道，铁道方面的新干线及其普通路线，沿海地区的数十个港口码头以及以仙台国际机场为中心的空中线路等，都骤然停运或封闭。重灾区的许多世界知名企业也先后停产，包括信越化学工业、日产汽车、索尼公司、丰田集团所属企业、瑞萨电子公司等等。

以半导体及电子产业为中心的日本制造业遭受巨大冲击，地震损害又通过供应链传导各个产业以及整个日本的各个地区。非灾区企业，往往因为同一个产业链上的灾区企业受损而受到波及，由于零部件或材料短缺而导致停产或减产状态的日本企业比比皆是。这种供应链中断现象，直接导致了日本的汽车、机械、电子以及钢铁产业的大规模停产。而且，由于日本企业普遍采纳了准时生产体制，零库存致使地震损害迅速传导到各个领域。2011年3月14日，也就是大地震发生后的第一个工作日，半导体、汽车、机械、电子、家电、钢铁甚至食品加工产业的日本企业，纷纷宣布停产，产生了多米诺骨牌效应。截至2011年4月8日，日本最大的汽车厂商丰田公司，也仅仅恢复了3款混合动力车型的整车生产，而该公司实际在产的全部车型达77款之多。

比起供应链中断而言，更可怕的还是来自于核泄漏的威胁。由于地震及海啸的双重打击，福岛第一核电站的原子炉容器发生破损，出现了放射性物质泄漏。日本东北以及关东地区所生产的蔬菜和牛奶、甚至自来水等，均检测出放射性物质严重超标。而且，这种现象甚至开始“走”出日本国境在中国多数地方也检测到空气中放射性物质增加的现象。福岛核危机是否会演变成为第二个切尔诺贝利，成为举世瞩目的焦点。