Các nhà khoa học đều thừa nhận rằng các tổ máy sử dụng Plutonium làm nguyên liệu hạt nhân nếu bị rò rỉ ra ngoài sẽ gây ra thảm họa lớn nhất. Đó là lý do tại sao các thanh nguyên liệu MOX (mixed oxide nuclear fuel – hỗn hợp của Uranium Oxide và Plutonium Oxide) trong tổ máy số 3 thuộc nhà máy điện nguyên tử Fukushima luôn được theo dõi đặc biệt. Plutonium-239, đồng vị được tìm thấy trong các thanh nhiên liệu MOX có độ phóng xạ cao so với Uranium-238. Plutonium phát ra các tia phóng xạ alpha, một loại tia ion hóa cao hơn nhiều lần so với tia beta/gamma. Các trường hợp phơi nhiễm ngoài da đối với tia alpha không gây ảnh hưởng quá lớn tới sức khỏe bởi chúng có khả năng thâm nhập thấp và sẽ bị chặn bởi da người nhưng một khi tia alpha đã lọt được vào cơ thể, chúng có hại hơn từ 10 cho tới 1000 lần đối với các tia beta và gamma.
Theo các tổ chức bảo vệ môi trường, Plutonium có thể đi vào máu thông qua phổi, sau đó đi khắp cơ thể và thâm nhập vào xương, gan, thận … cùng các bộ phận khác trong cơ thể. Chúng có thể tồn tại ở đó hàng thập kỷ, phân rã ra các tia alpha và sau đó phá hủy các bộ phận này, gây ung thư và các căn bệnh chết người khác tới xương/tủy. Đã từng có trường hợp các công nhân tại nhà máy điện nguyên tử trước đây đã chết sau vài ngày khi bị nhiễm Plutonium.
Hơn nữa, nếu tổ máy số 3 bị rò rỉ nguyên liệu thì Plutonium sẽ rò rỉ ra ngoài môi trường và tồn tại ở đó rất lâu. Một trong những đồng vị của Plutonium, Pu-239 có chu kỳ bán rã là 24000 năm (có nghĩa là cứ 24000 năm thì một nửa số nguyên tử của thanh Pu-239 mới chuyển thành nguyên tử khác). Do vậy, sau thời điểm Nhật Bản bị sóng thần và các lò phản ứng hạt nhân tại đây bị nóng lên bất thường, chính phủ Nhật và IAEA đều tập trung quan sát rất kỹ lò phản ứng số 3. Rất may mắn, lò phản ứng số 3 không phải là lò phản ứng bị hư hại nhiều nhất trong số 4 lò phản ứng tại Fukushima và không xuất hiện hiện tượng rò rỉ bất thường Plutonium ra ngoài môi trường.