東北地方太平洋沖地震による津波は、日本海沿岸から沖縄を含む日本列島全体に及び、遡上した高さも最大で30メートル以上だったことが、地震調査研究推進本部地震調査委員会が原子力安全委員会に報告した資料から明らかになった。
東京大学地震研究所が4月3、4日岩手県宮古市から久慈市にかけての三陸海岸を調査した結果によると、宮古市の小堀内漁港で37.9メートル、青野滝漁港で34.8メートル、出羽神社で19.1メートル、田老第一中学校で12.5メートル、田老駅レール面で11.7メートルという津波の遡上をそれぞれ確認した。
気象庁によると、高さ1メートル以上の津波を観測した観測点は北海道根室市から奄美大島まで太平洋沿岸全体にわたっている。このうち岩手県宮古で8.5メートル以上、同県大船渡で8.0メートル以上を観測したほか、北海道えりも町庶野、同県釜石、宮城県石巻市鮎川、福島県相馬、同県いわき市小名浜、茨城県大洗の各観測点でも3-10メートルの津波が観測された。
1-3メートルの津波は、北海道、青森県の太平洋岸と関東から奄美大島にかけての太平洋岸一帯で観測され、さらに20センチ-1メートルとなると近畿、中国、四国の瀬戸内海沿岸から九州・南西諸島一帯、北海道のオホーツク海、日本海沿岸さらに東北、北陸、中国地方の日本海沿岸の一部でも観測された。
東北地方太平洋沖地震が起きた翌3月12日に長野、新潟の県境付近でマグニチュード(M)6.7の地震、さらにその3日後の15日には静岡県東部でM6.4 の地震が発生し、それぞれ重傷者が出る被害が出た。これらは東北地方太平洋沖地震の震源域から離れているため、東北地方太平洋沖地震との関連に関心を持つ地震学者もいる(2011年 4月18日レビュー「超巨大地震で誘発される地殻活動も要注意」参照)。
地震調査研究推進本部地震調査委員会は原子力安全委員会に提出した資料の中で「東海地方のGPS観測結果などには、東海地震に直ちに結びつくような変化は観測されていない」と言っている。