美国地质勘探局称，日本东海岸的大地震震级达到8.9级，是过去100年中发生的第五大地震。此次发生在日本东海岸的东北－关东大地震由太平洋板块和北美板块的运动所致。太平洋板块在日本海沟俯冲入日本下方，并向西侵入欧亚板块。太平洋板块每年相对于北美板块向西运动数厘米，正是运动过程中的能量释放导致此次大地震。

此次地震前两天曾发生一系列前兆地震。3月9日，在距离此次地震震中不远处发生了一次7.2级地震。目前来看，那次地震是这次大地震的前兆地震。此外，当天早些时候还连续发生了3次震级在里氏6级以上的地震，它们均应为前兆地震。

这次大地震可能会引发数十次大余震和数百次小余震。美国地质勘探局已经监测到13次震级高于里氏6级的余震，35次震级高于里氏5级的余震，以及数百次震级在里氏三四级的余震。

美国地质勘探局的Dave Applegate博士称，日本大地震把地壳撕开了180英里长50英里宽的裂缝；海啸第一波到达西太平洋Samoa群岛时只有一英尺高，但到第7波时就高多了，这意味着沿海居民在第一波袭击后仍然要时刻警惕；最初的大地震之后又产生了100多次五级以上余震；地震导致地轴移动10英寸，日本海岸移动2.4米；中国也感受到了震动；前四大地震是1960年智利大地震（9.5级），1964年阿拉斯加大地震（9.2级），2004年印度洋大地震（9.1级），1952年苏联堪察加地震（9.0级）。