कुल 2996 मृत्यु हुई जिनमें 19 अपहरणकर्ता और 2,977 पीड़ित थे पीड़ितों का वर्गीकरण इस प्रकार है: 246 चार विमानों में (जहां से कोई भी जीवित नहीं बचा), 2606 न्यूयॉर्क सिटी में टॉवर्स में और जमीन पर तथा 125 पेंटागन में. पेंटागन में मारे गए 55 सैन्य कर्मियों को छोड़कर, हमलों में होने वाली सभी मौतें नागरिकों की थीं।

वर्ल्ड ट्रेड सेन्टर पर हुए हमलों में 90 से अधिक देशों नें अपने नागरिक खोए थे। 2007 में, न्यूयॉर्क शहर के चिकित्सा परीक्षक कार्यालय ने 11 सितंबर के हमलों में मरने वालों की आधिकारिक सूची में फेलिसिया डन-जोन्स का नाम जोड़ा। वर्ल्ड ट्रेड सेंटर के ढहने पर धूल के संपर्क से हुई फेफड़ों की बीमारी से डन-जोन्स की मृत्यु 9/11 के पांच महीने बाद हुई थी। 2008 में लिंफोमा से मरने वाले लियोन हेवर्ड को मरने वालों की आधिकारिक सूची में 2009 में जोड़ा गया।

एनआईएसटी (NIST) का अनुमान है कि हमलों के समय वर्ल्ड ट्रेड सेन्टर कॉम्पलेक्स में लगभग 17,400 नागरिक थे, जबकि पत्तन प्राधिकरण से मिली घूमने वाले दरवाज़े की गिनती सुझाती है प्रातः 8:45 तक ट्विन टॉवर्स में आम तौर से 14,154 लोग अपस्थित थे। दक्षिणी टॉवर में प्रभाव क्षेत्र के 18 लोगों सहित, प्रभाव क्षेत्र से नीचे वाले लोगों की एक बड़ी संख्या को इमारत से सुरक्षित बाहर निकाल लिया गया था और प्रभाव क्षेत्र से एक मंजिल ऊपर के लोगों ने स्पष्टतः दक्षिणी टॉवर की सुरक्षित बची हुई सीढ़यों का प्रयोग किया। उत्तरी टॉवर में प्रभाव क्षेत्र वाली तथा उससे ऊपर वाली मंजिलों पर उपस्थित कम से कम 1,366 लोग मारे गए थे और दक्षिणी टॉवर में, जहां बाहर निकालने का काम दूसरी टक्कर से पहले ही शुरू हो गया था, कम से कम 618 लोग मारे गए थे। अतः मरने वाले कर्मचारियों और आगंतुकों के 90% से अधिक टक्कर वाली या उससे ऊपर वाली मंजिल पर थे।

आयोग की रिपोर्ट के अनुसार, सैकड़ों लोग टक्कर होते ही तत्काल मारे गए थे, जबकि शेष फंस गए लोग टॉवर ढह जाने के बाद मारे गए। कम से कम 200 लोग जलते हुए टॉवरों से कूदने के कारण मारे गए (जैसा कि छायाचित्र में दिखाया गया है "गिरता हुआ आदमी"), सैकड़ों फुट नीचे सड़क पर और आस-पास की इमारतों की छतों पर जाकर गिरे. प्रत्येक टॉवर में टक्कर के स्थान से ऊपर रहने वाले कुछ लोग हेलीकाप्टर बचाव की आशा में ऊपर छत की ओर गए किंतु छत की ओर जाने वाले दरवाजे बंद थे। हेलीकाप्टर से बचाव की कोई योजना नहीं बनी थी और 11 सितंबर को, घने धुएं और तीव्र गर्मी के कारण हेलीकाप्टरों से बचाव करना संभव भी नहीं हो पाता।
घटना स्थल पर पहुंच कर लोगों को बचाने और आग को बुझाने का प्रयत्न करने वाले कुल 411 आपातकालीन कार्यकर्ता मारे गये। न्यूयॉर्क सिटी फायर विभाग (एफडीएनवाई (FDNY)) ने 341 अग्निशामक और 2 एफडीएनवाई (FDNY) सहायक चिकित्सक गंवाए। न्यूयॉर्क शहर पुलिस विभाग ने 23 अधिकारियों को खो दिया। पत्तन प्राधिकरण पुलिस विभाग ने 37 अधिकारियों को खो दिया और निजी ईएमएस (EMS) इकाइयों के 8 अतिरिक्त ईएमटी'ज (EMTs) मारे गए थे।

101वीं-105वीं मंजिल पर स्थित एक निवेश बैंक कैंटर फिजराल्ड एल॰पी॰ ने किसी अन्य नियोक्ता की अपेक्षा काफी अधिक, 658 कर्मचारी गंवाए। कैंटर के बिलकुल नीचे 93-101 मंजिल पर (फ्लाइट 11 की टक्कर का स्थल) स्थित मार्श इंक. ने 355 कर्मचारी गंवाए और एओन कॉर्पोरेशन के 175 कर्मचारी मारे गए। न्यूयॉर्क के बाद, न्यू जर्सी सर्वाधिक प्रभावित राज्य रहा जिसके शहर, होबोकेन ने सबसे ज्यादा मौतें झेलीं.

हमले के सप्ताहों बाद, मृतकों की संख्या 6,000 से अधिक होने का अनुमान था, लेकिन यह संख्या वास्तविक पुष्ट मौतों की दोगुनी से अधिक निकली। यह शहर वर्ल्ड ट्रेड सेंटर के लगभग 1,600 पीड़ितों के अवशेषों की ही पहचान करने में समर्थ हो सका है। चिकित्सा परीक्षक कार्यालय ने भी "लगभग 10,000 अज्ञात हड्डियों और ऊतकों के टुकड़े एकत्र किए हैं जिनका मृतकों की सूची से मिलान नहीं हो सका है। हड्डी के टुकड़े अभी 2006 में भी पाए गए जब मजदूर क्षतिग्रस्त ड्यूश बैंक की इमारत को ध्वस्त करने की तैयारी कर रहे थे। यह ऑपरेशन 2007 में पूरा हुआ। 2 अप्रैल 2010 को नृविज्ञान एवं पुरातात्विक विशेषज्ञों के एक दल ने स्टेटन आइलैंड पर फ्रेश किल्स लैंडफिल में मानव अवशेषों, मानव निर्मित कलाकृतियों तथा निजी वस्तुओं को खोजना आरंभ किया। यह आपरेशन जून 2010 में पूर्ण हो गया जिसमें 72 मानव अवशेष पाए गए, इसके साथ ही पाए गए कुल मानव अवशेष 1845 हो गए हैं। 2,753 पीड़ितों में से 1,629 की शिनाख्त हो पाई है। अतिरिक्त पीड़ितों की पहचान के लिए डीएनए (DNA) प्रोफाइलिंग की कोशिश जारी है।

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