Vào ngày 12 tháng 3 năm 2011, sau trận động đất và sóng thần ở phía đông bắc Nhật Bản
, Kan đã bay bằng trực thăng để quan sát Nhà máy điện hạt nhân Fukushima I và đã tham gia nhiều vào các nỗ lực để đáp ứng hiệu quả với thảm họa hạt nhân Fukushima Daiichi. Naoto Kan đã có một lập trường ngày càng chống hạt nhân trong những tháng sau thảm họa Fukushima. Vào tháng 5, ông đã ra lệnh đóng cửa Nhà máy điện hạt nhân Hamaoka già vì lo sợ động đất và sóng thần, và ông nói rằng ông sẽ đóng băng kế hoạch xây dựng lò phản ứng mới.