Az esemény arról nevezetes, hogy Nero neapolisi színházi fellépése idején következett be. Suetonius írásaiból tudjuk, hogy a császár a földrengés ideje alatt tovább énekelt, Tacitus írásai pedig arról számolnak be, hogy a színház a kiürítése után rövid idővel összeomlott.
A Vezúv 79-es kitörése az első, történelmileg dokumentált hasonló jellegű esemény. A kitörés bekövetkeztét számos előzetes földrengés jelezte, valamint a kutak kiszáradása. Amikor a kitörés bekövetkezett 79. augusztus 24-én, a kitörő izzó anyagok és gázok felrobbantották a hegy egyik oldalát és ennek anyagát 2 km-es távolságban szórták szét. Ekkor alakult ki a Gran Cono, a vulkán új krátere, mely az elkövetkezendő évszázadokban a Nápolyi-öböl képének egyik meghatározó eleme lett.
A kitörés elpusztította Pompeii, Herculaneum és Stabiae városait, ezáltal az ókor egyik legsúlyosabb katasztrófájaként tartják számon. Az ijesztő jelenségnek idősebb Plinius is tanúja volt, aki abban az időben a misenumi római flotta parancsnokaként tevékenykedett. Plinius maga is a vulkánkitörés áldozata lett, miután flottájával Stabiae lakosainak segítségére sietett.
Unokaöccse ifjabb Plinius, Misenumból figyelte az eseményeket, melyeket a későbbiekben (106-ban) részletesen is leírt. Írásait az első vulkanológiai feljegyzésekként tartják számon. Ezen írásokból nemcsak a jelenséget lehet rekonstruálni, hanem betekintést kaphatunk abba is, mennyire félelmetes és ijesztő volt a helyszínen tartózkodók számára.
Plinius írásaiból illetve a Pompeii és a többi elpusztított város területén végzett ásatások és geológiai vizsgálatok alapján a 79-es kitörést a pliniuszi kategóriába sorolták, és három fázisát különítették el:
- Az első fázis augusztus 24-én kezdődött 13 órakor és elsősorban freatomagmás jelenségekben (magma és víz kölcsönhatása) nyilvánult meg. Ezt követően megnyílt a vulkáni kürtő egy sor erős robbanás következtében, ekkor robbant fel a Monte Somma kalderája és ennek közepén kialakult az új vulkáni kúp, a Gran Cono.
- A második fázis augusztus 25-én következett. Ekkor alakult ki a vulkán feletti gázokból, hamuból és piroklasztokból álló kitörési oszlop, mely 15 km magasságig emelkedett. A kitörést erős földrengések kísérték. Egyes feltételezések szerint az oszlop akár 26-32 km magasságig emelkedhetett.
A vulkánból kiömlött láva 4 m vastagon halmozódott fel és 2,6 km távolságig eljutott. Az éjszaka folyamán, miután a vulkánkitörés ereje gyengült, az oszlop saját súlya alatt összeomlott és a vulkán lejtőjén piroklasztikus ár formájában alázúdult. A Pompeiiben megvizsgált kőzetminták alapján az ár hőmérséklete 240 °C és 400 °C közötti lehetett. Ebből az feltételezhető, hogy kitöréskor a felhő hőmérséklete elérte a 850 °C fokot.
- A harmadik fázis augusztus 25-én a délutáni órákban következett be. Ekkor újabb kitörési oszlop alakult ki a vulkáni gázokból, hamuból és kőzetekből, amely az előzőnél kisebb volt, viszont elérte Misenum térségét. Ebben a fázisban kb. 3-4 km3 láva került a felszínre.
Plinius írásaiból tudjuk, hogy a vulkánkitörést követő földrengések során a tengervíz előbb visszahúzódott, majd erős hullámzással visszatért (ezt a jelenséget ma cúnaminak nevezik).
A két elpusztított város, Pompeii és Herculaneum lakosainak számáról csak becslések vannak, így nem ismert pontosan a kitörésben elpusztultak száma. Pompeiiben 1150 holttestre – pontosabban gipszlenyomataikra – bukkantak, Herculaneumban pedig kb. 350 emberi csontvázat hoztak a felszínre. Ezen számok azonban nem tükrözik a teljes létszámot, az egész vidéken jóval többen estek áldozatául a kitörésnek.
A pompeii lakosok 38%-a a vulkáni hamu lerakódása következtében halt meg. A lerakódó hamu súlya alatt a tetők beszakadtak, maguk alá temetve a lakásokban menedéket kereső lakosokat. A lakosság nagy része (62%) a piroklasztikus árban pusztult el, valamint a mérgező gázfelhőben és vulkáni anyag záporában.
Mivel Herculaneum a Vezúv nyugati oldalán helyezkedett el, a vulkán kitörésének kezdeti fázisa csak kismértékben érintette a várost: míg Pompeii háztetői beroskadtak a lerakodó vulkáni hamu alatt, addig Herculaneumra alig néhány centiméter vastagságú hamu hullott. A kitörési oszlop összeomlása következtében piroklasztikus ár alakult ki, amely több mint 100 km/h sebességgel vonult le a vulkán lejtőin.
A 400 °C hőmérsékletű gáz, hamu és lapilli gomolygó tömege rövid idő alatt elérte a várost, amelynek utolsó lakóit pillanatok alatt megölte. A folyam kevés kárt okozott az épületekben, és lassan feltöltötte őket vulkáni anyaggal.
A kitörés következtében fellépő földmozgások során megváltozott a Sarno folyó medre és megemelkedett a tengerpart is, minek következtében Herculaneum kikötője ma 500 m-rel távolabb fekszik a tengerparttól.