東電五月底在核一廠靠海一側觀測井中取水採樣，分析後發現放射性鍶的濃度為每公升一千貝克，約為法定標準的三十倍；氚為五十萬貝克，約為法定標準的八倍，此後情況不僅未見改善，周邊水井和靠近護岸的海水也接連檢測出高濃度放射性物質。
本月三日，核一廠專用港灣內海水的氚濃度為平均每公升兩千三百貝克，為四月檢測值的二十倍。九日東電又公布從二號機渦輪機組廠房東側的觀測井，檢測出高濃度的銫，且該處銫濃度竟在三天內飆升九十倍左右。
東電查不出輻污水的確切源頭，也對是否流入海洋模稜兩可，當時原子能規制委員會官員便指出，反應爐廠房地下積蓄的輻射污水有可能已流入大海。但東電否認，聲稱核電廠對港灣外水域不會造成影響。
拖延近半個月後，東電終於在二十二日坦承，輻污水可能已透過地下水流向大海，但仍堅稱核電廠專用港灣附近和近海的放射性物質數值極低，污染應僅限於港灣內部。東電追查後研判，地下水可能隨著潮汐變化而出現水位上下移動，而地下水與海水互通，與渦輪機廠房地下相連的坑道中積存的一萬多噸高濃度輻污水可能持續滲入土中，間接外洩。東電已決定儘快轉移污水，並透過加強一、二號機組東側的護岸地基予以圍堵。
核一廠三號機再冒蒸氣
此外，核一廠三號機組廠房五樓圍阻體正上方十八日曾冒出蒸氣煙霧，東電解釋稱應為雨後濕度過高，再加上天氣太熱所致，隔天蒸氣不再冒出，但二十三日東電發現同一位置再度冒出蒸氣，工作人員持續將冷卻水注入反應爐及核燃料儲存池。東電表示周邊監測點測得的輻射量並無明顯變化。