Op de dag van het ongeval was er een geplande vermogensvermindering. Aan het begin van de dagdienst was het vermogen opgelopen tot 50%. Hierna ging willekeurig een van de regionale centrales offline. Er werd toen gevraagd om de verdere stroomvermindering uit te stellen. Dat verzoek werd in de namiddag van 25 april gedaan en verdere stroomvermindering werd toegestaan na 22.00 uur.
Voor de routinestop was een afbouwtest van de turbinegenerator gepland. Om 00:05 op 26 april stond het vermogen op ongeveer 23%. 30 minuten later daalde het vermogen tot bijna nul, waarschijnlijk door het wisselen van de regelaar. Om 01:00 stabiliseerde het vermogen zich op ongeveer 6% en de test zou op dat niveau worden uitgevoerd. Een turbine werd uitgeschakeld en de trillingen ervan werden gemeten. Ploegbaas A.F. Akimov rapporteerde aan plaatsvervangend hoofdingenieur A.S. Dyatlov (die toezicht hield op het uitschakelen) dat de oscillaties waren gemeten en er werd een laatste briefing gegeven. Iedereen ging naar zijn instrumenten en om 01:23:04 begon de afnametest van de turbinegenerator. Alles verliep volledig normaal.
De reactor vertoonde de neiging om te versnellen omdat de koelpompen die op de turbinegenerator waren aangesloten, vertraagden, en vanwege de eigenschap die positieve leegtecoëfficiënt van reactiviteit wordt genoemd; als het aantal zogenaamde "leegtes" (bijv. stoombellen) toeneemt door toegenomen koken of verlies van koelmiddel, neemt de reactiviteit ook toe. Maar de operatoren hielden de reactor met succes onder controle en hij versnelde niet. Om 01:23:40 uur drukte SIUR (senior reactor chief control engineer) L.F. Toptunov op de noodbeveiligingsknop, zoals gepland voor de uitschakeling, aan het einde van de test. Het vermogen stond op 7% toen de knop werd ingedrukt. In plaats van uit te schakelen, kreeg de reactor echter een stroomstoot. Dit kwam doordat de reactor onstabiel was bij een laag vermogen en doordat het uitschakelsysteem ernstige ontwerpfouten vertoonde. Om 01:23:43 sprong het vermogen naar 17% en door de vermogenstoename en de automatische regelstaven liepen deze schade op en liepen ze vast. Brandstofkanalen scheurden en om 01:23:47 ontplofte de reactor.
De explosie was zo krachtig dat het stalen deksel van 1000 ton van de reactor werd geblazen. Door deze explosie kwamen grote hoeveelheden radioactief materiaal en brandstof vrij. Hierdoor begon de neutronenmoderator, gemaakt van grafiet, te branden. Door de brand kwam nog meer radioactieve fall-out vrij, die door de rook van de brand in de omgeving werd meegevoerd.
Na het ongeval werd Reactor 4 afgedekt door een "sarcofaag" van staal en beton om het ontsnappen van meer straling uit het verloren corium en van radioactief stof tegen te houden. De sarcofaag werd in 2016 bedekt met de structuur van de Nieuwe Veilige Opsluiting.