Der Nikkei weitete seine Verluste am Nachmittag aus und sank zum ersten Mal seit dem 1. Juni auf 31.157,40, bevor er 1,64% niedriger bei 31.237,94 schloss.
Von den 225 Komponenten des Index fielen 211, während 11 zulegten und drei unverändert blieben.
Der breiter gefasste Topix sank um 1,68%.
Die Rendite 10-jähriger Staatsanleihen stieg über Nacht auf einen neuen 16-Jahres-Höchststand von über 4,7%, nachdem Fed-Gouverneurin Michelle Bowman und der stellvertretende Vorsitzende der Fed-Aufsichtsbehörde, Michael Barr, auf getrennten Veranstaltungen den Refrain "Höhere Zinsen für mehr Zeit" bekräftigt hatten.
Der Anstieg der langfristigen US-Renditen trug dazu bei, dass der Yen mit fast 150 pro Dollar auf den niedrigsten Stand seit einem Jahr fiel, was jedoch den japanischen Exportaktien keinen Auftrieb gab.
Toyota Motor gaben um 3,05% nach und Mazda sanken um 6%.
"Normalerweise wäre ein schwacher Yen ein Grund für steigende Aktienkurse, insbesondere bei den Exporteuren, da er die Gewinne im Ausland erhöht", sagte Nomura Securities-Stratege Maki Sawada.
"Aber da der Hintergrund für die Bewegung ein Anstieg der langfristigen Renditen ist, belastet dies den Nikkei."
Die Aussicht auf eine weitere Verschärfung der Finanzbedingungen belastete auch den Rohölpreis, der über Nacht um 2% fiel.
Infolgedessen waren Rohstoffaktien die schlechtesten Performer. Unter den 33 Branchengruppen der Tokioter Börse war der Bergbau mit einem Rückgang von 6,26% der Spitzenreiter, gefolgt von den Öl- und Kohleproduzenten mit einem Minus von 5,47%.
Der Raffineriekonzern Inpex war mit einem Minus von 6,49% der am schlechtesten abschneidende Nikkei-Titel. ENEOS Holdings verlor 5,86%, während JGC Holdings, ein ebenfalls im Ölgeschäft tätiges Maschinenbauunternehmen, 5,79% verlor.
Technologiewerte sorgten für etwas Erleichterung, was zum Teil auf die Outperformance des Nasdaq an der Wall Street über Nacht zurückzuführen war.
Die Online-Dienstleister LY Corp und Recruit Holdings stiegen um 1,31% bzw. 0,33%, während Nintendo um 0,49% und Sony Group um 0,45% zulegten. (Berichterstattung durch Kevin Buckland; Bearbeitung durch Sohini Goswami)