专设安全设施包括反应堆控制棒、高压注射应急堆芯冷却系统（ECCS），含磞水箱和安全壳ECCS再循环水坑等。

TMI-2反应堆事故的原因由设备故障、电站维修人员的失误和操作人员的判断错误综合造成的。事故的最初是由于二回路的给水泵出现故障，备用泵按照预设的程序启动，但两天前维修辅助给水系统时忘记打开隔离阀，导致辅助给水系统没有投入运行。继而二次侧蒸汽发生器水位逐渐干涸，堆芯产生的热量无法及时排出，而在反应堆中心聚集，堆芯压力上升，导致稳压器超过设定压力，卸压阀开启，放出堆芯内部分汽水混合物。

但是当反应堆自动停堆后，压力下降至正常值，卸压阀由于故障未能自动回座，使堆芯冷却剂继续外流，压力降至正常值以下，高压安注系统自动启动，向堆芯注入冷却水。但反应堆操作人员未判明卸压阀没有回座，由于稳压器满水位而误判为水位过高，错误地关闭应急堆芯冷却系统，停止向堆芯内注水。

一系列失误操作的结果使反应堆堆芯冷却水逐渐丧失，部分燃料棒锆包壳和铀燃料熔化，大量放射性物质，特别是氙、氪之类的气体与碘一起从反应堆释放出来，并有少量放射性物质随部分冷却水的泄露而释放。

1979年3月28日早晨4点，TMI-2反应堆运行在97%额定功率下。3个运行人员在维修净化给水的离子交换系统，忙于把7号凝结水净化箱内的树脂输送到树脂再生箱去。事故是由凝结水流量丧失触发给水总量的丧失而开始的。几乎与此同时，凌晨4时0分37秒主汽轮机跳闸。所有应急给水泵全部按设计要求启动，但实际上流量因隔离阀关闭而受阻。这时，反应堆继续在满功率下运行，反应堆一回路温度和压力上升，3s后达到稳压器电动泄压阀整定值15.5MPa。8s后，反应堆冷却剂系统经历预期的冷却剂收缩、冷却剂装量损失，一回路系统压力下降。大约13s时，压力达到稳压器卸压阀关闭整定值，它应该关闭但未能关闭。控制室内虽有一个指示灯有所反映，但由于没有该阀状态的直接指示，操作员误以为该阀门已关闭。这样，一回路冷却剂就以大约0.0126m/s的初始速度向外漏水，压力容器水位在下降，这相当一个小破口失水事故。

在二回路，虽有三台应急给水泵在运行，但在例行试验时，泵向蒸汽发生器供水管路上的两个隔离阀忘记打开，这样就没有水能达到蒸汽发生器。失去了二次侧热阱，反应堆一回路系统继续在加热，蒸汽发生器水位继续在下降，逐渐干涸。

实际上，当进入事故大约2min时，高压注射系统（HPI）自动触发从换料水箱抽取含磞水送入堆芯，但是只运行了2min左右，操作员就关闭了一台HPI泵。这样就造成了注入的水流量小于通过稳压器卸压阀所损失的冷却剂流量。操作员这样操作是因为他们看到稳压器中出现了高水位指示，误以为一回路水量太多。过去培训告诉操作员，当水位达到稳压器完全充满水（实心稳压器）的刻度，是十分危险的，必须加以避免。在正常情况下，实心的稳压器无法完成系统压力的控制功能。实际上，稳压器的高水位指示是由于卸压阀开启后，反应堆冷却剂系统中形成了分散的或分布的空泡所造成的，导致水急剧地涌入稳压器内。应该说，一回路系统的布置并不能使压力容器与稳压器内冷却水位之间存在直接的关系。这时，操作员仍然不知道发生了一个LOCA事故。大约73min时，操作员关闭了B环路两台主泵，以避免主泵和相关管路的严重损坏，特别是防止泵轴损坏造成Seal LOCA。又在100 min时关闭了A环路内的反应堆冷却剂主泵。至此，主系统的强迫循环全部中断。操作员期望能够依靠自然循环来避免堆芯过热，但自然循环未能建立。

这时，堆内冷却剂已不足以完全覆盖堆芯。衰变热继续蒸干冷却剂。大约在主泵关停后10 min，反应堆冷却剂出口温度迅速上升，超过了仪表量程区域。在事故后大约2.5h，反应堆堆芯相当大部分已裸露，并经受了持续的高温。这种工况导致了燃料损坏，堆芯裂变产物大量释放以及氢气的生成，堆芯已严重损坏。

直到事故后15时50分，成功地实现了强迫循环。一回路系统压力稳定在6.89~7.58 MPa（表压）。表明了事故序列的结束。

美国相关部门对这起事件的反应是迅速的。当日上午7 时45 分，美国核管理委员会设在宾州普鲁士王市的办公机构接到消息。15 分钟后，该机构位于华盛顿特区的总部发出警报，其行动中心动员起来，并派出一队人员前往出事地点。与此同时，美国能源部、环境保护署也动员各自部门的反应部队。9时15分，白宫接到了通知。11 时，所有无关人员被要求撤离核电站。一场美国史上前所未有的核危机就此拉开帷幕。

最初传出的信息是模糊而矛盾的。三哩岛核电站的运营公司称局势可控，但该地所属市的市长办公室官员在向白宫报告时，却表达了对形势恶化的担忧，甚至担心发生氢气爆炸。在距离核电站16km外的哈里斯堡，宾州新州长正为是否马上转移可能受到影响的60万民众而苦恼，在这个问题上助手们意见不一。在160 km外的华盛顿，美国核管理委员会的官员也很焦虑，他们迫切需要可靠的信息，以便引导地方官员，并向总统提出建议。

如果说前48小时低估了事件的危险性的话，美国核管理委员会随后又走向另一个极端，发布关于核泄漏危险性的报告。正是在该机构的建议下，30日，宾州州长下令核电站方圆5英里内的孕妇和儿童撤离，10 英里内的学校全部关闭。但很多人举家逃到12英里外。直到6天后，出事反应堆堆芯温度才开始下降，蒸汽泡消失，美国的各路专家得出一致结论：氢气爆炸基本上不可能，危机基本解除了。

在3个不同的时期里，堆芯曾有一部份或全部裸露过。

第一时期开始于事故发生后约100 min，堆芯至少有1.5 m裸露大约1 h。这是堆芯受到主要损坏的时期，此时发生强烈的锆-水反应，产生大量氢气，同时有大量气体裂变产物从燃料释放到反应堆冷却剂系统中。

第二时期出现在事故发生约7.5 h，堆芯大约有1.5 m裸露了很短一段时间，与第一时期相比，燃料温度低得多。

第三时期大约是在事故发生后11 h，此时堆芯水位降低到2.1 m与2.3 m之间，此段时间长约1~3 h，在此期间，燃料温度再次达到很高的数值。

估计锆氧化了30%~40%，堆芯上部三分之一严重损坏，燃料温度升高到1350与2600之间。

估计事故中大约70%惰性气体（Xe）、30%的碘和50%的铯以及少量其他裂变产物释放进入了主冷却系统。部分放射性物质通过开启的卸压阀进入了安全壳底部的泄压箱。15 min后泄压箱满溢，爆破阀破裂，放射性水进入地坑，从而裂变气体进入安全壳。此后，开始时曾有一部分放射性水被唧送至辅助厂房内的排水箱，造成部分放射性外逸。

另一条释放途径是操作员打开主系统下泄系统而造成的。操作员认为主系统水量过多，打开了下泄系统，将部分冷却剂经净化系统引入容积控制箱，从而与除气系统相通。除气系统将释出的气体压缩至衰变箱并经过滤器排向烟囱。事故中主系统产生大量气体，使得除气系统超载，结果气体便从容积控制箱的安全阀排出。

事故中运行人员接受了略高的辐射。但总剂量仍十分有限。对主冷却剂取样的人员可能受到30~40mSv辐照，事故中无人员受伤和死亡。

三哩岛核电站外80 km半径内200万人群剂量估计为33Sv，平均的个体剂量为0.015mSv。最大可能的场外剂量为0.83 mSv。平均每人受到的剂量不到一年内天然本底的百分之一，因此，三哩岛事故对环境的影响极小。

尽管三哩岛事故没有造成一个人死亡，也没有导致核电站被毁，但该事件的影响巨大。不考虑诸多赔偿，三哩岛电站仅2号堆的清理费用就达10亿美元。而1号堆尽管可以使用，却在此后遭到当地居民的反对，电站不得不向邻州，甚至一度计划向加拿大购买电力以维持当地居民供电。电站所属的公司1979 年的收入下降31%，保险公司截至1980年2月，对因事故遭受损失的人的赔偿已达1.3亿美元。

更重要的是，由于三哩岛事故，民众对核电的信心受到相当大的打击。附近有核电站以及有在建核电站的城市，民众纷纷集会示威，要求停建或关闭核电站，首都华盛顿到处是反核标语。核泄漏和核武器试验使得普通美国人对核辐射产生强烈担忧，核电和核能成了一个备受批评和攻击的议题。在当时，核能和核电已经具有不可替代的影响力，毕竟在经济上它相当便宜，而且，核能使得美国部分摆脱对石油进口的严重依赖。

当时的总统吉米·卡特宣布了“美国不会再建设核电站”的决定。因为事故造成的后遗症，巴布科克和威尔科克斯公司最终倒闭。美国不再有与核电站相关的工程，该领域的佼佼者——西屋公司随后将主导权转让给日本东芝株式会社，通过在国外建设核电站，勉强维持了命脉。在这一期间，韩国、日本及法国持续建设核电站，维持了国产化。进入21世纪，美国付出了停止建设核电站的代价。2000年，加利福尼亚州供电能力出现巨大缺口，纽约则因缺电在2003年经历了一片漆黑。随后，美国政府才改变计划，整修旧核电站暂时缓解了缺电情况。近日，政府通过总统巴拉克·奥巴马，发表了重新建设核电站的计划。但是，在过去的31年里，美国一直放弃了核电站建设，因此目前无法自行建设核电站。

截止到36年后——2015年，美国核管局（NRC）于2012年才新批了2个核电站的4台机组，全是西屋公司设计的AP1000核电站，这两个核电站分别为沃格特勒核电站（vogtle）和萨默尔核电站（summer）。

2024年9月，美国最大清洁能源供应商联合能源公司（Constellation Energy）宣布，在与微软签下20年供电协议的背景下，正式启动三哩岛核电站1号反应堆的重启事宜。