Trận động đất tạo ra sóng thần dọc bờ biển phía Thái Bình Dương của Nhật Bản và hơn 20 quốc gia khác như New Zealand, Australia, Nga, Guam, Philippines, Indonesia, Papua New Guinea, Nauru, Hawaii, quần đảo Bắc Mariana (Mỹ), Đài Loan; Bắc, Trung và Nam Mỹ như Hoa Kỳ, México, Nicaragua, Costa Rica và Peru.

Trận động đất xảy ra vận động trồi lên từ 5 đến 8 mét của lớp địa chất trải dài 180 km dưới đáy biển, ở vị trí ngoài khơi cách bờ biển Đông Tōhoku 60 km. Kết quả là một cơn sóng thần lớn tiêu hủy mọi thứ dọc theo bờ biển Thái Bình Dương của quần đảo phía Bắc Nhật Bản, gây thiệt hại hàng ngàn sinh mạng và tàn phá toàn bộ các tỉnh trong khu vực bị ảnh hưởng. Sóng thần lan truyền khắp Thái Bình Dương, hành động cảnh báo cũng như sơ tán diễn ra nhanh chóng ở nhiều nước có chung biên giới bờ biển Thái Bình Dương, gồm Bắc và Nam Mỹ, từ Alaska đến Chile. Tuy nhiên, dù sóng thần có ảnh hưởng lên nhiều vùng trong những khu vực trên nhưng chỉ gây ra tác động tương đối nhỏ. Vùng bờ biển Thái Bình Dương của Chile là là nơi cách xa Nhật Bản nhất, vào khoảng 17.000 km, chỉ chịu ảnh hưởng sóng thần cao 2 m. Trong khi tại Tarō, Iwate, sóng thần ước tính cao đến 37,9 mét. Sóng thần cao 10 m được quan sát ở sân bay Sendai, gần bờ biển của tỉnh Miyagi.

Tại Nhật Bản

Nơi khác quanh Thái Bình Dương

Ngay sau trận động đất, Trung tâm Cảnh Báo Sóng thần Thái Bình Dương (PTWC) lập tức đưa tin về khả năng sóng thần và cảnh báo các khu vực ở Thái Bình Dương. Vào 07:30 UTC, PTWC đưa ra cảnh báo sóng thần trên diện rộng bao phủ toàn Thái Bình Dương.[37][38] Trung tâm Cảnh báo Sóng thần Bờ Tây và Alaska của Hoa Kỳ đã phát động cảnh báo sóng thần đối với các vùng ven biển gần như toàn bộ bang California, toàn bang Oregon và phần phía Tây của bang Alaska, đồng thời dự báo sóng thần đổ bộ tại bờ biển Thái Bình Dương của Alaska cùng toàn bang Washington, British Columbia, Canada.[39][40] Tại tiểu bang California và Oregon, sóng thần lên đến 2,4 m đánh vào một số khu vực, làm hư hại cầu cảng và bến cảng, gây thiệt hại hơn 10 triệu USD.[41][42] Tại Hawaii, ước tính riêng thiệt hại cho cơ sở hạ tầng công cộng khoảng 3 triệu USD, cùng thiệt hại tài sản cá nhân ước tính khoảng hàng chục triệu USD.[43] Sóng thần cao 1 m đổ bộ vào đảo Vancouver ở Canada.[40]