2001年9月11日晨，两架波音767分别撞入世界贸易中心的南北两楼，在燃烧56分钟后南楼倒塌。半小时后北楼（1号楼）也倒塌。当日后来7号楼也倒塌。其它楼虽然没有倒塌但是由于创伤残重，无法修理，后被拆除。
北楼被撞处以上的层楼里的1344人没有任何逃离的办法。后一架飞机的撞击比11号班机偏心，因此还有一座楼梯可以使用，但是在南楼倒塌之前只有数人得以从那里逃脱。虽然南楼被撞的层楼比北楼低，因此受影响的层数比北楼多，但是被堵或者被撞击死亡的人数比北楼少，共少于700人。
但事实上，双子楼在被撞击后坚持了足够长的时间，为很多人提供了宝贵的疏散时间。世贸双子楼由 LERA 公司设计。事后LERA 公司设计师解释道：如果一架波音707在大雾中迷航，偶然撞上了双子楼，我们的设计可以抵御这种撞击。即使是被恐怖分子夺取的波音767，虽然体型更大、飞行速度更快，依然不能靠撞击来摧毁双子楼。但是，双子楼的消防系统没有能够控制住数千加仑航空燃油引发的大火，事实上，这超越了消防系统的能力范围。
双子楼被飞机直接撞击的若干个楼层，立即发生了严重的结构破坏，包括局部的坍塌。但除了这个局部之外的其它部位，结构保持完好。但是，由于飞机撞击大楼，导致飞机上的航空燃料被点燃。撞击产生的巨大火球瞬间消耗了一部分燃油。剩下的燃油沿着楼层流到电梯井和管道井里，在整个建筑的上半部分引发了大火。随着大火的蔓延，主体钢结构的承载能力被逐渐削弱，最终导致了大楼的整体坍塌。
结构钢材在摄氏600度左右时，强度已经下降到50%左右，事实上的承载力可能已经低于实际的负荷；温度达到1200～1400度时，钢材丧失全部的结构强度。建筑物上部的重量压下来，就像多米诺骨牌一样，造成建筑结构的整体逐层垮塌。虽然世贸双塔采取了消防保护措施，但在这样的灾难面前，实在是杯水车薪。
