Dans un rapport global sur la sécurité, des experts estiment que le passage dans le tunnel quel que soit le moyen ferroviaire utilisé comporte globalement beaucoup moins de risque qu'un autre trajet en train sur une distance identique.
Les tunnels ferroviaires sont conçus de telle manière qu'en cas de déraillement, les navettes ne peuvent se renverser et restent en ligne droite. De plus pour garder une atmosphère à une température correcte malgré les nombreux passages des trains, deux usines de réfrigération alimentent en eau froide deux canalisations sur toute la longueur des tunnels.
Pour des raisons de sécurité, les galeries ferroviaires sont éclairées par 20 000 luminaires et bordées par un trottoir continu, du côté de la galerie de service, pour assurer l'évacuation éventuelle des voyageurs en tout point. Des antennes assurent la continuité des communications radio sol-trains.
Dans les centres de contrôle situés aux terminaux, une salle est consacrée à la gestion des incidents majeurs. Cette salle est équipée pour coordonner les différents services susceptibles d'intervenir en cas d'incident.
La traversée est découpée en six sections (entre chaque traversée-jonction) ce qui permet en cas de problème sur une de ces sections de passer sur la section opposée. Chaque section est neutralisée tour à tour la nuit pour la maintenance préventive. Chaque rame de navette passe un contrôle à l'atelier de maintenance une fois par semaine.
Les trains qui utilisent le tunnel sous la Manche sont tractés par deux motrices électriques, chaque motrice étant suffisamment puissante pour tracter seule l'ensemble de la rame.
Le tunnel sous la Manche est défendu par des sapeurs-pompiers français et britanniques, équipés de véhicules spéciaux circulant dans la galerie technique. L'alimentation en eau (hydrant) se fait par un tuyau qui parcourt la galerie, et est muni de raccords aux normes françaises et de raccords aux normes britanniques. La galerie technique est en surpression par rapport aux galeries ferroviaires, pour éviter d'être envahie par la fumée
Lors du signalement d'un sinistre, un plan binational, appelé binat, est déclenché par l'officier de surveillance.
Les navettes touristes possèdent de nombreux équipements de sécurité. Des cloisons coupe-feu fermées pendant le trajet séparent les wagons. Chaque wagon possède de nombreux détecteurs (fumée et incendie) ainsi qu'un système d'extinction utilisant de la mousse et du gaz halon. D'après les études, en cas de problème, les passagers ont le temps d'atteindre un compartiment sain avant d'être incommodé. La structure des wagons ainsi que des cloisons coupe-feu sont prévues pour résister une trentaine de minutes à un feu ce qui permet à la rame d'être sortie du tunnel et d'être conduite dans une zone des terminaux spécialisée pour le traitement des incendies.
La région du Pas-de-Calais subit régulièrement des séismes. Toutefois ceux-ci sont souvent de faible intensité (entre 1962 et 1997, quatorze séismes d'amplitude inférieure à 4 sur l'échelle de Richter ont été recensés par l'Institut de physique du globe de Strasbourg). Un séisme très important eut lieu le 6 avril 1580. Ce séisme fut analysé au moment des études de construction du tunnel.
La partie française du tunnel est classée parmi les zones à aléa sismique faible par le Bureau de Recherche Géologique et Minières.
Le 28 avril 2007 à 7 h 18 GMT entre Folkestone et le cap Gris-Nez un séisme de magnitude 4,7 sur l'échelle de Richter a été enregistré. Le foyer se situait en mer à 37 km au nord-ouest de Boulogne-sur-Mer, 17 km au sud de Folkestone et environ 10 km de profondeur. Le trafic ferroviaire transmanche n'a pas été affecté malgré la proximité du tunnel avec le foyer.