28 marca 1979 r. a więc niemal dokładnie 7 lat przed katastrofą w Czarnobylu, doszło do częściowego stopienia rdzenia reaktora TMI-2. Elektrownia była wyposażona w dwa bloki energetyczne z reaktorami typu PWR (Pressurized Water Reactor - reaktor wodny ciśnieniowy) - lekkowodnymi, ciśnieniowymi, posiadającymi dwa obiegi robocze (pierwotny i wtórny) i pełną obudowę bezpieczeństwa. Co ciekawe, do awarii doszło 12 dni po premierze słynnego filmu "Chiński syndrom", opowiadającym o możliwości awarii w elektrowni jądrowej, zniszczenia reaktora i jego wtopienia w grunt, łącznie z przeniknięciem całej kuli ziemskiej na wylot (sic!). Wypadek, odpowiednio podgrzewany przez media, budził więc zrozumiałe emocje i powszechny strach. Przyczyną awarii, którą sklasyfikowano jako 5 stopień w skali INES, były wady konstrukcyjne układów elektrowni i błędy operatorów.

Pierwszym wydarzeniem, które zapoczatkowało awarię ok. 4.00 rano, było przypadkowe zalanie wodą układu pneumatycznego, kontrolującego pracę pomp wtórnego obiegu wody w drugim bloku energetycznym. W wyniku zatrzymania pracy pomp gwałtownie zmalało przekazywanie ciepła z obiegu pierwotnego do wtórnego, co pociagnęło za sobą spowolnienie wytwarzania pary i zatrzymanie turbogeneratora. Nastąpił gwałtowny wzrost temperatury i ciśnienia w obiegu pierwotnym. Uruchomiona została procedura SCRAM (awaryjnego wygaszenia reaktora), w wyniku której została zatrzymana reakcja łańcuchowa, ale rdzeń nadal produkował tzw. ciepło powyłączeniowe, które nie mogło być odprowadzone z powodu zatrzymania cyrkulacji w obiegu wtórnym. Automatycznie uruchomione zostały pompy awaryjnego systemu chłodzenia (UACR) i pompy pomocniczego układu zasilania w wodę wytwornicy pary w obiegu wtórnym. Zawory na rurociagach tych ostatnich nieszczęśliwym zbiegiem okoliczności były zamknięte tydzień wcześniej, podczas prac konserwacyjnych. Natomiast wskaźnik, który miał informować o tym operatorów był na pulpicie... zakryty samoprzylepną karteczką i nikt nie zwrócił uwagi na to co pokazuje. Operatorzy byli przekonani, że zawory są otwarte tak jak to było zawsze, ale tak jednak nie było i pracujące pompy nie dostarczały wody do wytwornicy pary, przez co nie mozna było odprowadzić ciepła z obiegu pierwotnego.

W wyniku wzrostu temperatury i ciśnienia w obiegu pierwotnym otworzył się automatyczny zawór zrzutowy na szczycie stabilizatora ciśnienia, którego zadaniem było upuszczenie nadmiaru pary, aby zapobiec rozerwaniu rurociągów. Z powodu jego wady konstrukcyjnej nie zatrzasnął się on jednak z powrotem, choć do sterowni został przekazany sygnał, że zawór został zamknięty. Operatorzy byli nieświadomi, że przez wciąż otwarty zawór zrzutowy cały czas ucieka z obiegu pierwotnego chłodziwo. Zaczęło się ono skraplać i wypełniać zbiornik chłodzący skropliny. Operatorzy odbierali sygnały z czujników w stabilizatorze ciśnienia, że jest on coraz bardziej wypełniony wodą. Starając się nie dopuścić do tego by przepełnić obieg pierwotny i by nie zanikła wymagana do pracy stabilizatora objętość pary (stanowiąca niejako buforową przestrzeń w obiegu pierwotnym), postanowili zmniejszyć napływ wody do reaktora. Zatrzymali więc pompy awaryjnego układu chłodzenia. Wskaźnik poziomu wody w stabilizatorze ciśnienia "zwariował", gdyż w wyniku otwartego zaworu zrzutowego woda (w postaci pary) uciekała w szybkim tempie, a operatorzy widzieli, że poziom wody w obiegu nadal wzrasta. Operatorzy włączyli więc system... usuwający nadmiar wody z obiegu, tym samym przyspieszając jego osuszanie. Wreszcie zorientowali się, że zawory pomp pomocniczego układu zasilania w wodę wytwornicy pary są zamknięte i po ich otwarciu i przywróceniu cyrkulacji w obiegu wtórnym, z obiegu pierwotnego można było odbierać ciepło, a poziom wody w stabilizatorze ciśnienia zaczął opadać. Niestety, nadal nikt nie zorientował się, że otwarty jest zawór zrzutowy, co doprowadziło do dalszego spadku ciśnienia i wrzenia chłodziwa w obiegu pierwotnym. Powstanie pęcherzyków pary spowodowało wpadnięcie pomp cyrkulacyjnych w wibracje grożące ich zniszczeniam, wobec czego operatorzy wyłączyli je, pozostawiając obieg chłodziwa na zasadzie konwekcyjnej. Pęcherz pary wypełnił zbiornik chłodzący skropliny, w wyniku czego uległ on uszkodzeniu i radioaktywna woda zaczęła się wylewać w budynku hali reaktora. Wywołało to alarm radiacyjny. Woda w reaktorze zaczęła odparowywać jeszcze szybciej, para nadal uciekała przez otwarty zawór zrzutowy, w wyniku czego odsłonięta została górna część rdzenia. Para wypełniająca przestrzenie pomiedzy prętami paliwowymi wzmagała intensywność reakcji łańcuchowej, wytwarzało się coraz więcej ciepła, którego nie można było odprowadzić. W wyniku reakcji pary wodnej z cyrkonowymi koszulkami prętów paliwowych, a także wysokiej temperatury doszło do rozłożenia jej na tlen i wodór. Odsłonięte pręty paliwowe zaczęły się topić, zniszczeniu uległy cyrkonowe koszulki, woda zetknęła się bezpośrednio z paliwem, przez co została jeszcze silniej skażona.

O 6.00 rano pracę podjęła nowa zmiana, która zauważyła, że temperatura w reaktorze jest zbyt wysoka. Otwarto zawór bezpieczeństwa i zamknięto dodatkowy zawór odcinający, co spowodowało obejście uszkodzonego zaworu zrzutowego i uszczelnienie obiegu pierwotnego, ale do tego czasu do budynku reaktora wyciekły już duże ilości silnie radioaktywnej wody. Doszło również do eksplozji nagromadzonego wewnątrz budynku wodoru, co wywołało obawy, ze obudowa bezpieczeństwa może ulec zniszczeniu. O 7.00 ogłoszono alarm w elektrowni, o 7.24 stan zagrożenia. W niedalekim Harrisburgu, stolicy Pensylwanii, o 9:00 poinformowano o kryzysie przez radio. Doszło do publikacji szeregu zniekształconych informacji i powstania atmosfery paniki. Ludzie zaczęli masowo opuszczać okolicę elektrowni.

Ok. 20.00 pracę podjęły główne pompy obiegu wtórnego, temperatura reaktora zaczęła się obniżać. Ok. 1/3 rdzenia uległo stopieniu, a reszta powaznemu uszkodzeniu, zniszczone fragmenty prętów paliwowych opadły na dno zbiornika reaktora. Do środowiska wydostała się niewielka ilość promieniotwórczych pierwiastków, w tym jodu-131, kryptonu i ksenonu. W ciągu kilku dni usunięto wodór z wnętrza zbiornika reaktora. Pocieszające było to, że obudowa bezpieczeństwa reaktora spełniła swoje zadanie i uszkodzony rdzeń pozostał w całości w jej wnętrzu. Nikt również nie zginął, ani nie został poważniej napromieniowany. Wypadek jednak zahamował budowę nowych elektrowni jądrowych w USA.