1979年3月28日，星期三，凌晨4时零36秒，美国宾夕法尼亚州，离首府哈里斯堡东南16千米的萨斯奎哈纳河中，三里岛核电站二号反应堆的几台水泵停止了工作。在此后的几分钟、几小时、几天中，由于人三里岛核电站为错误、设计缺陷、设备失效等一系列事件，最后堆芯因两次失去冷却水而烧毁。一部分放射性碘和稀有气体从电站中逸出，排入环境。这次事故直接损失达10亿美元，如果把间接损失计算在内，估计要超过20亿美元。事故是严重的，也是不幸的，然而没有给居民带来危害。下面让我们来看看那次究竟发生了什么事。
三里岛核电站是压水堆型核电站。这次事故是从一些微小的诱因开始的。首先是在控制和仪表用的压缩空气管线中出现了水分。它使凝结水——给水管线上的几个气动阀门自动关闭。凝结水——给水管线是把在汽轮机内作功以后的蒸汽冷凝而成的凝结水，送回到蒸汽发生器的一条重要管线。由于吸不上水，凝结水泵、主给水泵就纷纷跳闸，使蒸汽发生器得不到正常的供水，汽轮机便自动紧急停机。
三里岛核电站2号反应堆发生事故后闲置的冷却塔事故发生后1秒钟，3台备用的应急给水泵自动启动。可惜，由于人为的错误，泵出口管线上的阀门在检修后没有放在开启的位置，应急给水无法到达蒸汽发生器。运行人员到事故发生后第8分钟才改正了这个错误。由于蒸汽发生器不供汽、不进水，使堆芯发出的热量不能畅快地排向二回路。事故后3秒钟，反应堆系统的压力上升，反应堆由于系统高压而紧急停堆。系统高压使一电磁泄压阀向泄压箱排放冷却剂。按规定，电磁阀在系统压力下降后应重新关闭。然而它被卡在开启位置上。运行人员没能及时发现这一情况，因此反应堆冷却剂继续向泄压箱排放。事故后15分钟，冷却剂开始从泄压箱流出，进入安全壳的地坑，这实质上就是失水事故的开始，这样的失水过程一直延续了2小时24分钟。
由于冷却剂不断流失，反应堆回路的压力逐渐下降，高压注射系统自动运行，向反应堆系统注水。运行人员把它改为手动控制。4分38秒，由于反应堆系统出现高液位报警，运行人员手动减少了注射流量。这是一次重大的操作失误。运行人员没有意识到，这一高液位是由于系统在低压下出现了蒸汽而造成的虚假液位。当时，电磁泄压阀正处于开启状态，减少注射流量的结果使反应堆系统中的冷却剂入不敷出，系统在低压下出现了蒸汽。直到事故后3小时20分钟，运行人员才恢复了全流量的高压注射。
事故后头73分钟，4台主泵都在运行。主泵的功用是使反应堆冷却剂在堆芯和蒸汽发生器之间循环流动，带出堆芯的热量。然而由于失水和降压，系统中的蒸汽份额不断增加，实际上由主泵进行循环的是汽水混合物，它使主泵及其相连的管道发生强烈的振动。
这时蒸汽发生器已获得应急给水，如果主泵能坚持运行，汽水混合物完全可以保证堆芯的冷却。这时只要关掉电磁泄压阀上游的切断阀，或用高压注射泵提高反应堆系统的压力，热量就会不断地从堆芯转移给蒸汽发生器，反应堆系统中的蒸汽就会逐渐消失，一切也就化险为夷。
然而，在73分钟时，由于担心主泵及其相连管道发生损坏，运行人员停掉了环路8中的2台主泵，在100分钟时又停掉了环路A中的2台主泵，使环路8、A中的汽、水相继发生分离。这时在反应堆容器的上部出现了蒸汽垫，一部分堆芯失去了水的覆盖。这是一件特别危急的情况，核电站中价值最高的燃料元件，眼看着在自己产生的热量的作用下，渐渐自焚成一堆残渣。这个状态一直持续了8个小时，堆芯上部受到了严重的损害。事故后3年，用电视摄像机观察损坏的堆芯，发现那里出现了1.5米的空腔，其下面则是36厘米厚的碎渣层。
当三里岛核电站的运行人员全神贯注地应付种种危情的时候，在安全壳地坑中悄悄地开始积累起越来越多的冷却剂。起初这些冷却剂的放射性并不高，然而当燃料元件的锆管破损以后，放射性就大大地加强了。三里岛核电站没有为安全壳地坑设置自动隔离措施。当地坑水位升高时，地坑泵自动将坑内的水送到安全壳外的贮槽等待处理。贮槽很快满溢了，水流到地板上，一部分裂变产生的放射性气体被通风系统排出厂外。
在高温下，燃料元件中的锆合金与水（或水蒸汽）要发生化学反应，形成氢和氧化锆。根据计算，每千克锆氧化后大约生成0.5标准立方米的氢气。三里岛二号反应堆内的总锆量为24000千克，估计有30%～50％参加了锆水反应，因此产生的氢气量是相当可观的。人们担心会发生氢气爆炸。
发生事故的当天下午13时50分，电气触点打出的火花点燃了氢气，使安全壳厂房内的温度上升了22℃，压力达到1.96大气压。这次局部的爆燃没有对安全壳的完整性造成任何威胁，因为安全壳，作为防止放射性外泄的第四道屏障，是按照4.2个大气压设计的，经受住了考验。
出于对自身健康和财产的担心，核电站附近的居民纷纷向银行提款，驾着汽车远走他乡。估计从3月31日到4月2日，一共撤走了12万人。直到4月6日险象全部解除后，他们才开始陆续返回家园。
三里岛事故使居民们饱受惊恐，曾一度引起各界人士对核电站安全性的怀疑。但是，当人们惊魂稍定，仔细考察事故的后果时，不得不承认，核电站的安全设计是十分有效的。没有人受伤或死亡。堆芯的应急冷却系统在事故发生时能够有效迅速地自动发挥作用。尽管堆芯上部断续断续地裸露了8个小时，遭到严重损坏，但安全壳作为最后一道强有力的屏障，使绝大部分放射性仍保留在核电站的内部，事故造成的放射性释放对居民健康的影响是微不足道的。