Sự dâng cao đột ngột của đáy biển lên đến vài mét, xảy ra suốt trong cơn địa chấn, làm dịch chuyển những cột nước khổng lồ, tạo ra những đợt sóng thần đánh vào bờ biển Ấn Độ Dương. Sóng thần gây thiệt hại ở những khu vực xa nguồn của nó thường được gọi là "sóng thần xa" (teletsunami), hình thành bởi chuyển động thẳng đứng của đáy biển hơn là bởi chuyển động ngang (Earthquakes and tsunamis, Lorca et al.).

Sóng thần chuyển động trong nước sâu khác với trong vùng cạn. Ở vùng nước sâu ngoài đại dương, sóng thần chỉ là những đợt sóng nhấp nhô, khó nhận biết và vô hại, di chuyển với tốc độ rất cao từ 500 đến 1.000 km/h (310 đến 620 mph); ở vùng nước cạn gần bờ, vận tốc của nó chỉ còn 10 km/h nhưng đó là lúc bắt đầu hình thành những đợt sóng lớn có sức công phá khủng khiếp. Các nhà khoa học điều tra thiệt hại ở Aceh tìm ra chứng cớ cho thấy sóng thần ở đây lên đến độ cao 24 m (80 ft) khi đến gần bờ và di chuyển dọc theo những dải đất rộng; tại một vài khu vực, khi vào đến đất liền độ cao của chúng nâng lên 30 m (100 ft).

Vệ tinh radar đã ghi nhận được chiều cao của sóng thần trong biển sâu: hai giờ sau cơn địa chấn, độ cao tối đa là 60 cm (2 ft). Đây là những quan sát đầu tiên được ghi nhận, mặc dù chúng không được dùng để đưa ra cảnh báo, bởi vì người ta không sử dụng các vệ tinh cho mục đích cảnh báo và vì những dữ liệu này cần có thời gian để phân tích.

Theo Tad Murty, Phó chủ tịch Hiệp hội Sóng thần, tổng năng lượng của những đợt sóng thần là xấp xỉ 5 megaton TNT (20 petajoule), gấp hai lần năng lượng của toàn bộ chất nổ được sử dụng trong Chiến tranh thế giới thứ hai (kể cả hai quả bom nguyên tử), nhưng chỉ là hai bậc trên thang đo lường thấp hơn cường độ năng lượng phóng ra bởi cơn địa chấn. Tại nhiều nơi, các đợt sóng thần đã tiến sâu vào đất liền đến 2 km.

Theo những báo cáo ban đầu, cường độ của trận động đất là 9.0. Đến tháng 1 năm 2005, các nhà khoa học ước tính cường độ lên đến 9.3.[8] Mặc dù Trung tâm Cảnh báo Sóng thần Thái Bình Dương chấp nhận ước tính mới này, Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ cho đến nay vẫn giữ ước tính cường độ là 9.1. Hầu hết các nghiên cứu gần đây trong năm 2006 tin rằng cường độ địa chấn là Mw 9.1 đến 9.3. Tiến sĩ Hiroo Kanamori thuộc Viện Công nghệ California tin rằng Mw = 9.2 có thể xem là định lượng tiêu biểu cho tầm cỡ của cơn địa chấn này.[9]

Chấn tâm của trận động đất chính ở tọa độ 3°18′58″B 95°51′14″Đ / 3,316°B 95,854°Đ / 3.316; 95.854 tại Ấn Độ Dương, khoảng 160 km (100 mi) phía bắc đảo Simeulue, ngoài khơi bờ biển phía tây của bắc Sumatra, ở độ sâu 30 km dưới mặt nước biển (báo cáo ban đầu chỉ có 10 km). Người ta có thể cảm nhận được cơn địa chấn (không tính đến trận sóng thần) tại Bangladesh, Ấn Độ, Malaysia, Myanmar, Thái Lan, Singapore và quần đảo Maldives.

Bởi vì có đến 1.200km (745.6 ml) đường phay bị ảnh hưởng bởi trận động đất hầu như trải dài theo hướng nam-bắc, nên cường độ lớn nhất của sóng thần đi theo hướng đông-tây. Do vậy, Bangladesh, ở cuối phía bắc của Vịnh Bengal, ít bị thiệt hại mặc dù xứ sở vùng đất thấp này tương đối gần chấn tâm. Cũng hưởng lợi nhờ yếu tố này là cơn địa chấn di chuyển chậm hơn trong vùng gãy phía bắc, làm giảm đáng kể sức tàn phá của nước khi dịch chuyển trong vùng.

Những bờ biển có các vùng đất rộng chắn giữa chúng và vị trí ban đầu của sóng thần thường được an toàn; dù vậy, đôi khi sóng thần tìm cách đi vòng qua vùng đất rộng, điển hình là bang Kerala của Ấn Độ, dù là vùng duyên hải phía tây Ấn Độ, vẫn bị những đợt sóng thần tấn công; bờ biển phía tây của Sri Lanka cũng chịu ảnh hưởng tương tự. Ở xa chấn tâm cũng không đồng nghĩa với an toàn, Somalia bị tàn phá nặng nề hơn Bangladesh mặc dù ở xa hơn rất nhiều.

Vì phải di chuyển trong một địa bàn rất rộng, sóng thần mất từ 15 phút đến 7 giờ (trường hợp của Somalia) để đến các bờ biển khác nhau. Sóng thần tiến rất nhanh đến đảo Sumatra, nhưng nó phải mất 90 phút đến hai giờ đồng hồ để tìm thấy Sri Lanka và bờ biển phía đông Ấn Độ. Trong khi đó, nó chỉ đến được Thái Lan sau khoảng hai giờ đồng hồ mặc dù đất nước này ở gần chấn tâm hơn, vì phải di chuyển chậm qua vùng biển cạn ngoài khơi bờ biển phía tây Biển Andaman.

Sóng thần đến tận Struisbaai thuộc Nam Phi, tức là phải vượt qua khoảng cách 8.500 km (5.300 ml), ở đây nó mang đến những đợt triều cường cao 1,5m (5 ft) năm giờ sau cơn địa chấn. Nó phải tiêu tốn khá nhiều thời gian để đến điểm cực nam này của châu Phi, có lẽ bởi vì thềm lục địa rộng lớn của Nam Phi và bởi vì sóng thần phải đi dọc bờ biển Nam Phi từ đông sang tây.

Một phần năng lượng của sóng thần được phân phối vào Thái Bình Dương, ở đây nó tạo ra những đợt sóng nhỏ dọc theo bờ tây của Bắc và Nam Mỹ, trung bình chỉ cao khoảng 20 đến 40cm (7.9 đến 15.7 in).