灾难性故障是无法恢复的突然且完全的故障。灾难性故障通常会导致级联系统故障。该术语最常用于结构故障，但通常已扩展到许多其他学科，其中发生完全和不可恢复的损失，例如硬盘驱动器上发生的磁头碰撞。使用法医工程方法对此类故障进行调查，其目的是隔离故障的一个或多个原因。例如，在汽轮机转子故障中可以观察到灾难性故障，这可能是由于转子上的峰值应力而发生的；应力集中增加到过度的程度，最终导致椎间盘失效。在枪支中，灾难性故障通常是指射击时枪管或接收器的破裂或解体。造成这种情况的一些可能原因是枪没电、顶部空间不足、使用了不正确的弹药、使用了不正确的推进剂装药、部分或完全阻塞的枪管，或者枪管或接收器中的金属减弱。这种类型的故障（俗称kaboom或kB故障）不仅会对用户构成威胁，甚至会对许多旁观者构成威胁。在化学工程中，热失控会导致灾难性的故障。

工程结构的灾难性故障示例包括：

• 1879年的泰铁路桥灾难，当火车在暴风雨中穿越时，桥的中心0.5英里（0.80公里）被完全摧毁。这座桥设计得很糟糕，它的替代品是作为旧桥上游的一个单独结构建造的。
• 1889年南福克大坝的倒塌释放了48亿美加仑（180亿升）的水，造成2,200多人死亡（通常称为约翰斯敦洪水）。
• 1928年圣弗朗西斯大坝的倒塌释放了124亿美加仑（470亿升）的水，造成近600人死亡。
• 1940年xxx座塔科马海峡大桥倒塌，公路桥的主桥面在40英里/小时（64公里/小时）的风速下被动态振荡完全摧毁。
• 1954年的德哈维兰彗星灾难，后来确定是由于金属疲劳导致的结构故障，这在彗星1号使用的方形窗户的角落没有预料到。

• 1981年凯悦酒店人行道倒塌，密苏里州堪萨斯城酒店大堂的一条悬空人行道完全倒塌，造成100多人死亡。
• 1986年航天飞机挑战者号灾难，其中火箭助推器的O形环失效，导致外部燃料箱破裂，使航天飞机偏离航线，使其承受超出设计公差的空气动力；整个船员和车辆都丢失了。
• 切尔诺贝利核电站的核反应堆于1986年发生爆炸，导致大量放射性物质的释放。
• 1991年华沙无线电桅杆的倒塌，到那时为止，它一直是世界上最高的建筑。
• 1995年的三丰百货大楼倒塌是由于结构缺陷造成的，造成502人死亡，937人受伤。
• 2001年9月11日在世界贸易中心发生的恐怖袭击和随后的火灾，削弱了地板托梁到灾难性故障的地步。
• 2003年哥伦比亚号航天飞机灾难，发射过程中机翼损坏导致重新进入时完全损失。
• 多跨度I-35W密西西比河大桥于2007年8月1日倒塌。
• 2021年Olivos-Tezonco墨西哥城地铁立交桥的倒塌，多年来结构削弱。