지진
지진은 지구 내부의 에너지가 축적되어 암석의 파열이 일어나는 한계를 넘어설 때 일어나는데, 그 발생 장소를 진원역(震源域)이라 한다. 대규모의 지진일수록 진원역이 확대되어 수백 km에 이르는 경우도 있다. 진원역에서의 파괴는 한순간에 전체가 파괴되는 것이 아니라 한 점에서 시작되어 일정한 속도로 퍼져 나가는데, 파괴가 최초로 시작된 점이 진원(震源, focus)이며 대개 진원역 가장자리에 있다.
도호쿠 지방 태평양 해역 지진
일본 기상청과 도쿄 대학 지진연구소 등에서는 동일본대지진이 단층면의 각도가 10도 정도로 되게 작으며, 서북서-동남동 방향(동서 방향에 거의 가까운 방향)을 축으로 압력을 받은 낮은 각도의 역단층(스러스트 단층)에서 일어났다고 분석했다. 또한 동일본대지진은 수평 방향 변화량이 큰데, 이 점은 도호쿠 지방 태평양 연안 지역에서 일어나는 해구형 지진의 주요한 특징 중 하나이다. 단층 파괴가 시작된 진원지는 산리쿠 앞바다였지만, 단층 파괴가 이뤄진 진원역은 일본 해구 아래 판 경계면을 따라 남북으로 길게 이어졌고, 이와테현 앞바다부터 이바라키현 앞바다까지 이어지는 남북 약 500km, 동서 약 200km, 깊이 약 4-20km의 총 20만 km에 이르는 엄청난 넓이의 영역이 진원역이었다. 2004년의 남아시아 대지진과 비교하면, 남아시아 대지진은 진원역이 1,000km에 달했으나 이 도호쿠 지진은 500km밖에 안되는 영역에서도 비슷한 M9 규모의 지진이 일어났다. 즉 미야기 현 앞바다 진앙 부근에서 지층 변화량이 매우 컸다는 것이다.