Moc reaktora wzrosła ok. stukrotnie, co spowodowało wzrost temperatury rdzenia do ok. 2000°C i dwa kolejne wybuchy (rozsadzenie układu chłodzenia przez parę wodną i wybuch mieszaniny piorunującej, pochodzącej z rozkładu wody na wodór i tlen pod wpływem kontaktu z rozżarzonymi materiałami konstrukcyjnymi, np. grafitem i cyrkonem).

Wybuch rozpoczął dziesięciodniowy pożar moderatora grafitowego, w trakcie którego rdzeń reaktora stopił się, a do środowiska przedostało się kilkadziesiąt izotopów promieniotwórczych, z czego ponad 30% pierwszego dnia.

Pożar ugaszono dzięki bezprzykładnemu poświęceniu gaszących strażaków i wojska, 31 osób zmarło w wyniku bezpośredniego napromienienia i oparzeń, ponad 200 było hospitalizowanych w związku z chorobą popromienną.

Ocenia się, że u kilku tysięcy osób bezpośrednio narażonych na duże dawki, na skutek napromienienia wywiąże się (w przeciągu 10-20 lat) choroba nowotworowa. Substancje promieniotwórcze rozprzestrzeniały się, skażając rozległe terytoria, głównie Białorusi, Ukrainy, Rosji, ale i krajów skandynawskich oraz Europy Środkowej i Wschodniej w tym Polski.

Trzydziestokilometrową strefę wokół reaktorów ewakuowano i zamknięto, później ewakuowano też ludność z najsilniej skażonych terenów Białorusi (np. wsie w rejonie Homla odległe o ponad 200 km od reaktora).

Nad Polskę napłynęły skażenia pochodzące z emisji pierwszego dnia. Spośród pierwiastków krótkożyciowych najistotniejszy z punktu widzenia ochrony radiologicznej był izotop ¹³¹I o czasie połowicznego rozpadu T_1/2 = 8,04 dnia. Dla długotrwałych skutków katastrofy największy wpływ ma opad długożyciowych izotopów cezu (¹³⁷Cs, T_1/2 = 30,04 lat oraz ¹³⁴Cs, T_1/2 = 2,02 roku).

Teren Polski został nierównomiernie skażony, na północnym-wschodzie wystąpiły największe skażenia izotopami krótkożyciowymi oraz śladami plutonu, natomiast największa depozycja długożyciowych izotopów cezu miała miejsce na Śląsku Opolskim.

Szacuje się, że przeciętny mieszkaniec Polski otrzyma w ciągu 50 lat życia od izotopów pochodzących z Czarnobyla równoważnik 10% dawki otrzymywanej corocznie od tła naturalnego. Na najsilniej skażonych terenach Polski, przy pesymizujących założeniach, równoważnik dawki rocznej stanowi 30% dawki od tła naturalnego, a w pierwszym roku nie przekroczył 50% dawki od tła naturalnego.

Władzę Polski podjęły decyzję o rozpoczęciu podawania dzieciom nieradjoaktywnego jodu, który zabezpieczy je przed wchłonięciem niebezpiecznego jodu-131. Podjęto decyzję o wstrzymaniu wypasu bydła na łąkach (które mogły zostać skażone) i karmieniu ich jedynie suchą paszą. Ograniczono spożycie mleka otrzymanego po katastrofie, dzieci i młodzież miały pić jedynie mleko w proszku bądź skondensowane. Nakazano ludności dokładne mycie jarzyn i zakazano picia deszczówki. Wszystkie stacje SPSP miały pracować w trybie alarmowym.
    29 kwietnia o godzinie 11:00 rząd oficjalnie zalecił rozpoczęcie akcji podawania jodu. Niepromieniotwórczy jod miał być podawany w postaci wodnego roztworu jodku potasu i pierwiastkowego jodu - płyn Lugola. Wieczorem rozpoczęto akcję. Prowadzono ją bez przerwy przez całą noc. Zaczęto od północno-wschodnich obszarów kraju. Dzieciom podawano jod w szpitalach, przychodniach, przedszkolach, szkołach, aptekach i innych miejscach. Setki ochotników rozwiozło płyn Lugola do małych wiosek.

Katastrofa w Czarnobylu była największą w dziejach katastrofą reaktora jądrowego, jednak pod względem ilości substancji promieniotwórczych wprowadzonych do środowiska ustępuje miejsca próbom z bronią jądrową prowadzonym w latach 50. i 60. głównie przez USA i były ZSRR oraz eksploatacji (w przeciągu 40 lat) zakładów przeróbki paliwa jądrowego w byłym ZSRR. W chwili obecnej w Czarnobylu reaktor IV pokryty jest ochronnym budynkiem (tzw. sarkofagiem), pozostałe trzy reaktory pracują.