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  二號機組為壓水堆,1978年12月30日開始商業執行。額定電功率880MW。堆芯為177束燃料元件,共計37000根燃料棒,含二氧化鈾100噸。二氧化鈾的濃度為2.57%。  反應堆有兩套迴路。每套迴路包含2臺主泵、3臺輔助泵(2臺電動泵、1臺汽動泵)、1臺蒸汽產生器(SG)、1檯布設在一次側熱段的調壓槽。調壓槽壓力達到15.5MPa時,調壓槽卸壓閥自動開啟,將冷卻劑排放到調壓槽卸壓箱。

  當天凌晨4時0分0秒,三哩島核電廠95萬千瓦壓水式二號反應堆一次側的給水主泵停轉,汽輪機停機。此時備用泵應按照預設的程式啟動,但是由於輔助給水系統中隔離閥在此前的例行檢修中沒有按規定開啟,導致輔助給水系統沒有動作。  二號機組的一次側冷卻水沒有按照程式進入蒸汽產生器,熱量在反應堆中心處持續聚集,爐心壓力上升,導致調壓槽卸壓閥於4時0分03秒開啟,放出爐心內的部分汽水混合物。當下反應堆於4時0分08秒自動停堆,當反應堆內壓力下降至正常時,卸壓閥又由於故障未能自動關閉,使爐心冷卻劑以45m/s繼續外流。壓力降至正常值以下卻由於發生機械故障,在堆心壓力回覆正常值後爐心冷卻水繼續注入減壓水槽,造成減壓水槽水滿外溢;4時2分2秒主系統壓力繼續下降至11.3MPa,“爐心緊急冷卻系統(RCIC)”的高壓注水自動啟動,向爐心注入冷卻水。但反應堆操作員未判明卸壓閥沒有關閉,反而於4時3分13秒關閉了應急爐心冷卻系統,停止了向爐心內注水。  一次側冷卻水大量排出造成爐心上部失水,爐心上部燃料棒的溫度超過2760度,堆腔上部形成了蒸汽。反應堆操作員恢復高壓安注系統和主泵執行後,260度的水遇到2760度爐心,爐心燃料棒像玻璃一樣破裂,爐心坍塌。爐心90%的燃料棒包殼破損,47%的核燃料已經融毀併發生洩漏,系統發出了放射性物質外漏的警報,但由於警報響起時並未引起執行人員的注意,甚至現時的紀錄報告都指出沒有人注意到警報。直到當天晚上19時50分,二號堆實現強迫迴圈,但執行人員始終沒有察覺爐心的損壞和放射性物質的外漏。

  事故後,原子能管理委員會對周圍居民進行了連續追蹤研究,研究結果顯示:

  三哩島核洩漏事故是核能史上第一次反應堆爐心融毀的事故,此事故的嚴重後果反映在經濟上,公共安全及周圍居民的健康上則沒有不良影響。究其原因在於圍阻體發揮了重要作用,凸顯了其作為核電廠最後一道安全防線的重要作用。在整個事件中,人員的操作錯誤和機械故障是主要的原因,因此核電站執行人員的培訓、面對緊急事件的處理能力、控制系統的人性化設計等細節對核電站的安全執行有著重要影響。  雖然此事故並沒有證明西方國家的核電廠事故會造成人畜傷亡及公共危害,但也大幅提高核電廠安全設施的建造成本,以免事故造成重大的經濟損失。但提高安全係數後的核電廠造價昂貴,因此核電廠興建數量大減,直到21世紀初的化石燃料價格大漲及全球暖化效應顯現後,各國才開始重啟核能計劃。  這場事故恰巧發生在描述核電站安全問題的驚悚片《中國綜合症》(英語:"China Symdrome")上映12天后,美國公眾對核電信心大受影響,美國核電產業陷入長期的不景氣。因為核電廠的興建計劃銳減,美國核電相關的公司因此流失了許多資深經驗的工程師,之後興建及設計核電廠,遇到嚴重的經驗傳承問題。而後連歐洲也發現他們失去了以合理成本興建核電廠的能力。  1986年切爾諾貝利核能電廠事故後,核能的安全性被許多人質疑,但由於該電廠的安全裝置遠落後西方核電廠,因此三哩島事故後的核能安全形象並沒有遭到嚴重影響,但是在2011年福島第一核電站事故確實使許多人對核能安全產生不信任。  雖然三哩島事件是美國至今最為嚴重的核事故,但與之後發生的切爾諾貝利核能電廠事故與福島第一核電站事故相比,三哩島事件仍然在可以控制的範圍內,在該核電廠周遭的居民以及鄰近的幾個州也都沒出現像烏克蘭或是日本福島那樣大規模的汙染,另外該事件的知名度也不如切爾諾貝利核能電廠事故與福島第一核電站事故那樣被世界廣為人知。
三裡島核洩露事故,通常簡稱「三裡島事件」,是1979年3月28日發生在美國賓夕法尼亞州薩斯奎哈納河三哩島核電廠(英語:Three-Miles Island Nuclear Generating Station)的一次部分堆芯熔燬事故。這是美國商業核電歷史上最嚴重的一次事故。該事件被評為國際核事件分級的7級系統中的第5級:事故帶有廣泛後果。