Sekvenca kvara je započeta u sekundarnom krugu elektrane. Desio se kvar na sustavu za demineralizaciju vode parogeneratora tako što su iz pogona ispale pumpe koje vraćaju vodu u parogenerator. Taj kvar je rutinskog tipa i rješava se aktiviranjem automatskog sustava za pomoćno napajanje vode uz automatsku obustavu turbine, a zatim i reaktora. Međutim, nakon prethodnog remonta elektrane ventil sustava za pomoćno napajanje vodom je ostao greškom zatvoren, a da operateri to nisu primijetili.

U tom trenutku primarni krug elektrane je ostao bez toplinskog ponora, pošto je sekundarna strana (parogenerator) gubila vodu. Posljedica toga je bilo pregrijavanje primarnog kruga te je zbog toplinskog širenja rashladnog sredstva došlo do povišenja tlaka i razine vode u tlačniku. Automatski sistemi su aktivirali rasteretne ventile i ispustili dio primarnog fluida u rasteretni spremnik. Nakon što je tlak u primarnom krugu pao na nominalnu vrijednost, rasteretni ventili su se trebali automatski zatvorili. Međutim, oni su ostali zaglavljeni bez da su operateri bili toga svjesni, što je bio presudni kvar na opremi elektrane.

Primarni krug je zbog toga gubio fluid koji je izlazio kroz otvoreni ventil tlačnika, tlak je padao i zbog toga je došlo do isparavanja vode unutar primarnog kruga. Operateri su bili prisiljeni zaustaviti primarne pumpe jer se pojavio dvofazni tok (voda + vodena para) koji stvara opasne vibracije i predstavlja opasnost za pumpe. U takvim uvjetima najveće isparavanje vode nastaje unutar jezgre reaktora, jer je tu temperatura najviša. Dolazi do formiranja tzv. parnog mjehura u gornjoj kapi reaktorske posude koji u potpunosti blokira cirkulaciju vode kroz primarni krug. Parni mjehur također potiskuje vodu u tlačnik i operateri dobivaju automatski signal da je razina vode u tlačniku previsoka. Iz straha da zbog tlačnika punog vode izgube mogućnost regulacije tlaka u primarnom krugu oni zaustavljaju rad pumpi sustava za zaštitno hlađenje jezgre.

U tom trenutku jezgra reaktora ostaje bez hlađenja i počinje se brzo pregrijavati zbog generacije ostatne topline u nuklearnom gorivu. Posljedica toga je početak taljenja gornjeg dijela jezgre, oštećenje 90% košuljica i sporo kretanje rastopljene mase u donji dio reaktorske posude. U takvim okolnostima radioaktivnost primarnog kruga se znantno povećala, međutim ipak je ostala sigurno izolirana u primarnom krugu čiji integritet nije bio narušen. Mala količina radioaktivnih plinova je ipak dospjela u pomoćnu reaktorsku zgradu i u zaštitnu zgradu u kojoj se povećala koncentracija vodika zbog reakcije cirkonija (obloga gorivnog štapa) i vruće vodene pare.

U svrhu boljeg razumijevanja fizikalnih procesa koji su se odvijali u reaktorskoj jezgri za vrijeme kvara napravljena je međunarodna studija za rekonstrukciju događaja iz 1989. godine. Računalne simulacije su modelirale stanje jezgre u različitim vremenskim intervalima nakon inicirajućeg događaja.

UO2 tablete deponirane u solidificiranu masu rastaljenog inventara jezgre	Taloženje rastaljene mase na dnu reaktorske kape

Gornja slika prikazuje dubinu i strukturu ostataka koji su se nataložili na unutrašnjoj površini dna reaktorske posude. Ova informacija se iskoristila za procjenu termičkog opterećenja kojem je bila izložena donja kapa RPV-a i za postavljanje sigurnosne margine u budućim projektiranjima reaktorske tlačne posude.Računalna simulacija

	Prva slika predstavlja jezgru 2,5h nakon inicirajućeg događaja (engl. reactor trip). Razina vode je dosegla otprilike ¼ visine jezgre. Oštećenje goriva je krenulo od područja najviše temperature, a to je vrh jezgre, pošto je on prvi ostao bez hlađenja. Strukturno dezintegrirani i djelomično rastaljeni dijelovi gorivnih elemenata su počeli propagirati od centralnog dijela jezgre prema dnu.
	Druga slika prikazuje jezgru otprilike 20 min nakon što je rashladni fluid dosegao najnižu razinu. Volumno oštećenje goriva se širi radijalno prema periferiji i aksijalno prema donjoj reaktorskoj kapi. Solidificirana metalna kora blizu dna reaktorske jezgre je preuzela na sebe sve ostatke rastaljenog inventara.
	Ponovnim puštanjem primarne pumpe u pogon (nakon 2h i 45min) voda iz primarnih cjevovoda se ubacuje u reaktorsku tlačnu posudu čime je jezgra privremeno potopljena.
	Oko 50 min kasnije rastopljena masa u centralnom dijelu probija solidificiranu koru i počinje se probijati prema dnu reaktorske posude. Istovremeno se u gornjem dijelu formira praznina. Nakon nekoliko sati, rastopljena masa se zaustavlja i ukrućuje u donjoj reaktorskoj kapi, bez da je narušen integritet primarnog kruga.

Ono što je kvar na TMI-2 elektrani učinilo značajnim jest inducirani strah, stres i opća konfuzija kod lokalnog stanovništva. Za to je zaslužan prvenstveno cijeli niz krivih i netočnih informacija, što od strane vladinih agencija, a što od stanovnika u okolici elektrane, koji je dezinformirao javnost puna dva dana. Zbog ogromne panike koja se proširila među neinformiranim pučanstvom, vlasti su zaključile da se doza od 12 mSv odnosila na okoliš van elektrane i da je moguća pojava eksplozije vodika. Također, spominjano je potpuno tanjenje reaktora kao i mogućnost evakuacije.

Uzeto je na stotine uzoraka iz okoliša elektrane, te nisu pronađene nikakve neobično velike doze zračenja. Nije pronađen niti opasni jod I131. Doza zračenja izvan ograde TMI elektrane je tijekom cijelog akcidenta ostala u dozvoljenim granicama, tako da nije bilo nikakvih opasnosti za lokalno stanovništvo. Zdravstvena tijela su tokom 18 godina nakon nesreće bilježila stanje oko 30 000 ljudi u okolici 8 km od elektrane, zbog neosnovanog straha od bolesti povezanih s radioaktivnim ispustom. Godine 1997. je prekinut program praćenja, pošto se nije pojavio nikakav neobični trend obolijevanja. Jedino što je bilo zabilježeno jest psihološki stres kod stanovnika u kratkom periodu nakon kvara na TMI-2.

Razne zdravstvene studije su pokazale da su radioaktivni ispusti iz elektrane bili daleko ispod razina koje bi se mogle povezati s zdravstvenim posljedicama. Prosječna doza za stanovnika u radijusu 16 km oko elektrane je iznosila 0,08 mSv, s time da pojedinac nije imao više od 1 mSv. Doza od 0,08 mSv odgovara dozi koja se primi u bolnici prilikom snimanja kosti ili pak 1/3 prosječnog pozadinskog zračenja na tom području SAD-a.

„Pri kvarovima u kojima se lome cijevi velikog presjeka potrebna je vrlo brza reakcija, koja se stoga izvodi automatski. Manji kvarovi razvijaju se mnogo sporije pa njihova kontrola može ovisiti o odgovarajućoj akciji posade. Tragedija nuklearne elektrane TMI bila je u tome što su manji kvarovi od onih koji su detaljno proučavani zbunili svojim učincima osoblje koje je pokušavalo obuzdati kvar. Potencijalno beznačajan kvar razvio se u TMI u kvar s teškim oštećenjima reaktora. Budući da se takve kombinacije manjih kvarova mogu očekivati mnogo češće nego najteži lomovi, moraju se opsežno i temeljito analizirati. Uz to operatori i nadzorno osoblje mora temeljito razumjeti rad elektrana da bi mogli reagirati na kombinacije manjih kvarova.“ (Komisija)

U izvještaju istraživačke komisije stoji da cjelokupna odgovornost ne pada samo na operatere elektrane. Niz propusta, manjkavosti, needuciranost osoblja i nejasnoće u pogonskim propisima su pripisane kompaniji za održavanje elektrane. Štoviše, nisu bili razrađeni niti planovi za stanje pripravnosti i informiranje javnosti u slučaju nesreće. Nakon nesreće komisija je podnijela niz preporuka i mjera za tehnička poboljšanja u nuklearnim postrojenjima Regulatornoj komisiji. Ubrzo nakon toga započeta je izgradnja Instituta za pogon nuklearnih elektrana (INPO) i Centra za analizu nuklearne sigurnosti (NSAC). Predsjednik Carter je 7.12.1979. izjavio:

„Svaki vlastiti izvor energije, uključivši i nuklearnu energiju, jest dragocjen želimo li osloboditi našu zemlju od prevelike ovisnosti o nestabilnim izvorima skupe uvozne nafte. Ne možemo si dopustiti luksuz napuštanja nuklearne energije ili stavljanja duljih moratorija za njihovu daljnju upotrebu.“

Nakon kvara na elektrani Otok tri milje postalo je očito da do teškog oštećenja jezgre reaktora može doći i kod kvarova kod kojih je propuštanje iz primarnog kruga zanemarivo (mala LOCA). To je bilo u suprotnosti s dotadašnjim konceptom da je najveći projektom predviđeni kvar na nuklearnoj elektrani lom primarnog cjevovoda (velika LOCA). Izraz LOCA je udomaćen u literaturi i predstavlja skraćenicu za akcident gubitka primarnog hladioca (LOCA = Loss of Coolant Accident).

Ubrzo nakon toga je U.S. NRC (američka nuklearna regulatora komisija) znatno proširila zahtjeve na nove tehničke sigurnosne sisteme. Pažnja je posvećena i školovanju operatera kako bi se što više smanjio rizik zbog tzv. ljudskog faktora. U tu svrhu je izdan dokument NUREG 737 koji definira više desetaka zahvata na opremi, pogonskim stanjima i školovanju osoblja. Spomenimo da je i NEK prihvatila sve te zahtjeve.

Nakon šest godina priprema, u listopadu 1985. godine započeli su radovi na uklanjanju rastaljene reaktorske jezgre. Trajali su više od 12 godine i koštali oko 973 milijuna USD. Posebno projektirani spremnici s ostacima jezgre otpremljeni su specijalnim vlakom u istraživački centar Idaho radi proučavanja i pripreme konačnog odlaganja. Projekt čišćenja elektrane je trajao do 1993. godine i proglašen je jednim od najznačajnijih inženjerskih dostignuća tijekom 1990-tih u SAD-u. TMI-2 blok je danas sigurno izoliran te je pod konstantnim nadzorom. Za vrijeme nesreće pojavio se veliki interes medija, a borci protiv nuklearne energije konačno su dočekali priliku za veliku medijsku anti-nuklearnu kampanju. Ta kampanja je imala dodatni medijski efekt zbog filma Kineski sindrom (The China Syndrome), koji se počeo prikazivati točno 12 dana prije nesreće na TMI. U tom filmu je zbog niza sigurnosnih propusta skoro došlo do taljenja reaktorske jezgre, pa se i danas takva vrsta akcidenta kolokvijalno naziva "kineski sindrom". Cijeli taj niz događaja potaknuo je vladu SAD-a da poveća sigurnost nuklearnih postrojenja, ali i da smanjuje broj novoizgrađenih nuklearnih elektrana.