核燃料棒的包壳中有一种叫锆的金属元素。因为金属锆对热中子的吸收率低，且金属材料能有效防止反应堆放射性裂变产物向外逸出，所以将其作为核燃料包壳和结构材料。用核燃料发电，每100万千瓦的发电能力，一年就要消耗掉20到25吨金属锆。

反应堆丧失冷却事故的后期阶段，核燃料棒束未被冷却液浸没而处于裸露状态，堆芯温度升高，锆在高温下，会与水蒸汽发生锆水反应，将水分解为氢和氧，于是产生了大量的氢气，同时伴随着放热。但反应堆都会设计和安装排氢系统，以避免爆炸的产生。

地震和海啸后，日本福岛核电站核反应堆的排氢系统已经没有电力供应或已经在地震中损毁，所以没有正常工作，于是最终引发了氢气爆炸。但也有可能部分氢气来自核电站汽轮机氢冷系统(大型电机空冷或水冷都不能满足需求，只能用氢冷)的泄露。不过那些氢气的量较少，且远离核反应堆。