1986年4月25日，4号反应器预定关闭以作定期维修。并决定在这场合作为测试反应堆的涡轮发电机能力的机会，在电力损失情形下发充足的电供给反应堆的安全系统动力（特别是水泵）。像切尔诺贝利，反应堆有一对柴油发电机可利用作为待命，但并不能瞬间地起动—反应堆将因此被使用转动涡轮，到时涡轮会从反应堆分离和在自己的惯性之下力量转动，而测试的目标是确定当发电器起动时，涡轮是否在减少阶段能充足地供给泵浦动力。测试早先在其它单位执行成功（所有安全供应起动）而结果是失败的（那是涡轮产生了不足的力量在减少阶段供给泵浦动力），但另外的改进提示了对其它测试的需要。为了在更安全、更低功率地进行测试，切尔诺贝利4号反应器的能量输出从正常功率的3.2千兆瓦特减少至700百万瓦特。但是，由于实验开始的延迟时，反应堆控制员太快地减低能量水平，实际功率输出落到只有30百万瓦特。结果，中子吸引而成的裂变产品氙-135增加了（这产品典型地在更大的功率情况下，在一台反应堆中消耗）。力量下落的标度虽是接近由安全章程允许的最大限制，但员工组的管理者选择不关闭反应堆并继续实验。后来，实验决定“抄捷径”和只上升功率输出到200百万瓦特。为了克服剩余氙-135的中子吸收，远多于安全章程数量的控制棒由反应堆拔出。在4月26日上午1点05分，作为实验一部分，被涡轮发电机推动的水泵起动了；水的流量由于这行动而超出了安全章程的指定。水流量在上午1点19分增加了—因为水也会吸收中子，在水流量的进一步增加需要手工撤除控制棒，导致一个极不稳定和危险操作条件。上午1点23分04秒，实验开始了。反应堆的不稳定状态在控制板没有显示任何情况，并且看起来所有反应堆员工并未充分地意识到危险。水泵的电力关闭了，并且被涡轮发电机的惯性推动，水流的速度减低了。涡轮从反应堆分离，反应器核心的蒸汽水平增加。因为冷却剂被加热，个别的蒸汽在冷却剂管道形成。在切尔诺贝利的RBMK石墨缓和反应器的特殊设计有一个高正面空系数，意味著在没有水时的中子吸收的作用使反应堆的力量迅速地增加，并且在这种情况下，反应堆操作变得逐渐变得不稳定和更加危险。上午1点23分40秒操作员按下了命令“紧急停堆”的AZ-5（“迅速紧急防御5”）按钮—所有控制棒的充分的插入，包括之前不小心地拿走的控制棒。这是否作为紧急措施，或只是简单地在实验完成时作为关闭反应堆定期方法，并不清楚（反应堆预定被关闭作为定期维修）。这通常意味著紧急停堆的命令是因为意想不到的迅速力量增量的一个反应。另一方面，总工程师Anatoly·Dyatlov，在事故时身在切尔诺贝利核电站，他写在他的书上：“在1点23分40秒，集中化控制系统之前……没有登记能辩解紧急停堆的任何参量变动。依照陈述委任……会集和分析很多材料，在它的报告，没确定原因为什么命令了紧急停堆。并没有需要寻找原因。反应堆简单地在实验完成时被关闭。”由于控制棒插入机制（18至20秒的慢速完成），棒的空心部份和冷却剂的临时移位，逃走导致反应率增加。增加的能量产品导致了控制棒管道的变形。棒在被插入以后被卡住，只能进入管道的三分之一，因此无法停止反应。在1点23分47秒，反应堆产量急升至大约30千兆瓦特，是十倍正常操作的产品。燃料棒开始熔化而蒸汽压力迅速地增加，导致一场大蒸汽爆炸，使反应器顶部移位和受破坏，冷却剂管道爆裂并在屋顶炸开一个洞。为了减少费用，和它的体积太大，反应堆以单一保护层方式兴建。这令放射性污染物在主要压力容器发生蒸汽爆炸而破裂之后进入了大气。在一部分的屋顶炸毁了之后，氧气流入---与极端高温的反应堆燃料和石墨慢化剂被结合—引起了石墨火。这火灾令放射性物质扩散和污染更广的区域。由于目击者的报告和站内纪录不一致，有一些争论认为确实的事件是发生在当地时间1点22分30。最后共同同意的版本被描述在上面。根据这种理论，第一次爆炸发生了在大约1点23分47秒，操作员在七秒以后命令了“紧急停堆”。

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爆炸发生后，并没有引起苏联官方的重视。在莫斯科的核专家和苏联领导人得到的信息只是“反应堆发生火灾，但并没有爆炸”，因此苏联官方反应迟缓。在事故后48小时，一些距离核电站很近的村庄才开始疏散，政府也派出军队强制人们撤离。当时在现场附近村庄测出了是致命量几发生爆炸的四号反应堆及覆盖在上面的石棺百倍的核辐射，而且辐射值还在不停地升高。但这还是没有引起重视。专家宁愿相信是测量辐射的机器故障也不相信会有那么高的辐射。可是居民并没有被告知事情的全部真相，这是因为官方担心会引起人民恐慌。许多人在撤离前就已经吸收了致命量的辐射（若能立即撤离，则可大幅减少受害者数量及程度）。事故后3天，莫斯科派出的一个调查小组到达现场，可是他们迟迟无法提交报告，苏联政府还不知道事情真相。终于在事件过了差不多一周后，莫斯科接到从瑞典政府发来的信息。此时辐射云已经飘散到瑞典。苏联终于明白事情远比他们想的严重。之后数个月，苏联政府派出了无数人力物力，终于将反应堆的大火扑灭，同时也控制住了辐射。但是这些负责清理的人员也受到严重的辐射伤害；原因之一为遥控机器人的技术限制，加上严重辐射线造成遥控机器人电子回路失效，因此许多最高污染场所的清理仍依赖人力。苏联政府把爆炸反应堆周围30公里半径范围划为隔离区，撤走所有居民，用铁丝网围了起来，入口设有检查站，隔离区内只有定期换班的监测人员与切尔诺贝利核电站其它三个还在发电的核反应堆在切尔诺贝利附近被遗弃村庄普里皮亚特
工作人员。特别是与爆炸的四号反应堆在同一主厂房建筑物内，两座反应堆中间共用排放放射性废气高烟囱的三号反应堆，又正常工作了19年。事故二十周年后，四号反应堆的石棺外表面的照射度仍有750毫伦琴，远高于20毫伦琴的安全值，加固石棺的焊接工人工作两个小时就要轮换。隔离区内的平均照射度仍大于100毫伦琴。隔离区以外是较重污染的撤离区，平均照射度在60毫伦琴左右，个别地方可达150-200毫伦琴。再往外是轻度污染的准撤离区，平均照射度在30毫伦琴。