Den japanska regeringen rapporterade att cirka 1,22 biljoner becquerel (Bq) radioaktivt material släpptes ut i havet, främst genom avrinning av grundvatten och regnvatten från det skadade kärnkraftverket. Majoriteten av de frigjorda ämnena var kortlivade radionuklider, såsom jod-131 och cesium-137.
En efterföljande studie utförd av forskare från Woods Hole Oceanographic Institution uppskattade dock att mängden frisläppt radioaktivitet kan vara mycket högre och potentiellt nå 25 biljoner Bq. Denna diskrepans i uppskattningar beror till stor del på utmaningarna med att mäta radioaktivitetsnivåer i den stora och dynamiska havsmiljön.
De frigjorda radioaktiva ämnena spreds av havsströmmar och späddes ut med tiden, vilket resulterade i en gradvis minskning av deras koncentrationer. Övervakningsinsatser från olika organisationer och regeringar har upptäckt spår av radioaktivt material i Stilla havet, inklusive kustvattnen i Japan och grannländerna.
Nivåerna av radioaktivitet som upptäckts i havet har i allmänhet ansetts vara låga och sannolikt inte utgöra ett betydande omedelbart hot mot människors hälsa eller den marina miljön. Långsiktiga effekter och potentiella effekter på vissa marina arter och ekosystem studeras dock fortfarande.