震源は三陸沖で牡鹿半島の東南東約130km付近、深さ約24km、震源域は岩手県沖から茨城県沖まで南北約500km、東西約200kmの広範囲に及ぶ。宮城県栗原市で震度7を観測し、激しい振幅は2分間続いた。震度7を観測したのは、2004年の新潟県中越地震以来7年ぶりで観測史上3回目。仙台市宮城野区では震度6強、東京では5分間にわたって揺れ、震度5強を観測した。東京大学地震研究所の解析によると、本震の揺れは東日本全体で約6分間続いた。
国土交通省国土地理院は、GPSによる観測から宮城県南三陸町の志津川基準点が東南東方向に442cm、下方向に75.3cm移動したと発表した。この地震によって地球の自転が僅かに速くなり、1日の長さが100万分の1.8秒短くなった。
仙台市宮城野区にも知人が住んでいるのですが、現在でも電気しか使えないようです。ガス・水道は復旧していなくて、風呂にも入ることが出来ないようです。
仙台を通過する東北本線は、黒磯～北上駅間の上下線で終日運休しています。また山形へ行く仙山線と石巻に行く仙石線も終日運休しているため、バス以外の交通は全て寸断されています。
