概述
北冰洋大致以北极为中心，为亚洲、欧洲和北美洲所环抱。亚洲和北美洲之间的白令海峡，使它与太平洋相通。
北冰洋的特征非常突出，概括起来有下列数目：
一、世界最小、最浅的大洋
北冰洋的面积为1.23×106平方千米，不及太平洋面积的1/4，包括边缘海在内的平均深度为1117米，最深点5449米。
二、世界最寒冷的大洋
北冰洋极度严寒的气候，又使北冰洋上有广布的常年不化的冰盖，这种连续的冰盖竟占整个大洋面积2/3左右，而其余的海面也多有浮冰和冰山漂流。
三、大陆架面积辽阔
北冰洋大陆架面积达4.4×106平方千米，占北冰洋总面积的36％。其他大洋的大陆架面积，皆不到本大洋面积的1/10。
北冰洋海岸线曲折，岛屿众多，而且有很多浅而宽阔的边缘海。在亚欧大陆北边，从西往东有：巴伦支海、喀拉海、拉普帖夫海、东西伯利亚海和楚科奇海等。楚科奇海与太平洋属海白令海之间即为狭窄的白令海峡。北美洲沿岸西部为波弗特海，东部为众多的岛屿，各岛之间有海峡相通。它们与世界最大岛屿格陵兰岛之间，隔着史密斯海峡，巴芬湾和戴维斯海峡。格陵兰岛之东为格陵兰海。格陵兰海以东即为大西洋属海——挪威海。以上各边缘海多数大陆架宽阔，海上除夏季1～2个月有浮冰漂浮外，其余时间多为岸冰所封冻。北冰洋中所有岛屿，除格陵兰、斯匹次卑尔根、新地和埃尔斯米尔等岛上有不多的常住人口外，其余岛屿多是石骨峋嶙，冰雪覆盖，渺无人烟。
洋底地形
北冰洋洋底地形突出的特点是大陆架非常广阔。在亚欧大陆以北，大陆架从海岸一直向北伸延1000千米左右，最宽的地方达1200～1300千米。大陆架深度多在几十到100米；阿拉斯加以北，大陆架比较狭窄，只20～30千米。这些大陆架本是陆地的一部分，其生成与第四纪大陆冰川消融，海面上升有密切的关系。
北冰洋洋底中央部分，横卧着一条高起的罗蒙诺索夫海岭，它大致从新西伯利亚群岛穿过北极附近至加拿大北极岛群中的埃尔斯米尔岛，罗蒙诺索夫海岭绵延长达1800千米，高出两侧海盆2500～3000米，岭脊距海面1000～2000米，有的岭脊距海面更浅，只850～954米，罗蒙诺索夫海岭虽有火山活动，甚至火山喷发，但据近期调查分析，它并非大洋中脊，可能是一沿经线方向被构造断裂复杂化了的褶皱山脉。山脉由沉积岩和变质岩组成，而反映大洋中脊特点的基性岩在此不占主导地位。
北冰洋中央部分，还有一条同罗蒙诺索夫海岭近于平行的门捷列夫海岭，它从符兰格尔岛起，延至埃尔斯米尔岛附近与罗蒙诺索夫海岭相汇合，海岭上最小水深仅1500米。在这两列海岭之间分布着面积不大的马卡洛夫海盆，海盆最大深度3970米。
由于上述两条海岭横断整个北冰洋，使整个北冰洋海盆被分隔为两部分。面向大西洋一边的称南森海盆，一般深度为4000～4500米，最深点位于斯匹次卑尔根群岛以北，达5449米；面向太平洋和北美洲一边的，叫加拿大海盆，一般深度3000～3500米，最深点位于阿拉斯加以北，达4683米。
在近年不断调查的基础上，在北冰洋洋底揭示出一些新的水下山脉和高地，如在阿拉斯加巴罗角以北，发现了新的海底山脉，山脉峰顶高出海底1500米。在斯匹次卑尔根群岛西北深海区亦发现突起的海底高地，该高地从深约1000米处升高到距海面只有20米的高度。据新近调查，在北冰洋中亦存在一条大洋中脊，其走向位置与穿过冰岛的北大西洋海岭连接，经过南森海盆到勒拿河口附近。北冰洋中脊的宽度很窄，一般不超过200千米，在地貌上远不如大西洋中脊海岭发育成熟。
气候与海冰
北冰洋因位处北极圈以内，广大海域有漫长的永夜，散失掉大量的热。永昼期间尽管光照时间很长，但太阳高度角很小，获得的日热也有限；同时在永昼期间还要消耗大量的热能用于融化积雪和海冰；再加上白色的冰雪还将部分太阳能反射回去。在这些因素的共同影响下，致使北冰洋范围的气温非常低。11～4月的冬半年绝大部分地区的平均气温均为-20℃～-40℃，只是巴伦支海上空，因受到北大西洋暖流及由冰岛低压附近东进的温带气旋影响，气温才达到0℃左右。北冰洋海域没有真正的夏季，就在最高温的月份，气温也只有0℃～6℃。在北冰洋内部，由于主要是下沉气流，风暴天气并不多见，然而在它的边缘部分，由于海陆的物理性质不同，常有明显的“季风”变化，而且风速很大。冬季时节，因每受冰岛低压和阿留申低压的影响，常在亚欧大陆北部沿岸海域和阿拉斯加北部沿岸海域，形成气旋而产生暴风雪天气。
北冰洋的降水量一般只有100～200毫米，降水形式主要是飘雪。即使在最暖时期的七、八月，雨水中也常夹带着雪花。尽管北冰洋海域降水总量不大，但在北冰洋中岛屿的低平部分，仍显水分过多，其原因是蒸发量太少。
还需指出，在北冰洋上空，每当七、八月份，常形成漫天低云，而且雾气弥漫，能见度极低。很显然，这与北冰洋这个冰冷的冰盖下垫面直接相关。
北冰洋表层广覆着冰盖，这是它水文上一个突出特点。北冰洋冰盖各部性质不同：首先，以北极为中心的北冰洋主体部分表层，分布着常年存在的北极冰丛。北极冰丛由巨大的冰块组成，冰块中常被裂缝或冰穴所分隔。一般冰块表面平坦或呈波状，但有时由于冰块与冰块互拥挤而成为凌乱的冰群。北极冰丛由于坚厚结实，最大的破冰船也难于通过；其次，具有分布于各边缘海近陆的岸冰。岸冰是冬季在岸边形成的，在暖和的七、八月份才逐渐融化，但是，就在这个季节，没有强大的破冰船开道，要进行航运也是十分困难的。
北冰洋浮冰的漂流，常受盛行风和海流的支配。首先在西北欧以北的巴伦支海及其附近海域，常年受北大西洋暖流（进入北冰洋后称北角洋流）的影响，浮冰随海流呈反时针方向环流，但它并不成为封闭的圆周运动，浮冰漂流先向东北，然后返向西和西南方向，併入东格陵兰寒流。东格陵兰寒流不仅把北冰洋的海水，也把大量的浮冰带入大西洋。据估计，东格陵兰寒流每年要从北冰洋带出10000立方千米的冰块。至于在太平洋和北美洲以北的海域，常受反气旋环流的支配，因而浮冰多呈顺时针方向流动。
在漂流的浮冰中，常见高突的冰山掺杂其间。这些冰山是从格陵兰、加拿大北部各岛、前苏联北部一些岛屿以及斯匹次卑尔根等岛屿上的冰川滑落入海形成的。冰山露出海面常高达10～12米，沉入海水常至50～60米。冰山突兀在浮冰之间顺着东格陵兰寒流和拉布拉多寒流南下，随着水温和气温的增高，逐渐消融。至于未能流出北冰洋的冰山，在北冰洋中随浮冰漂流缓慢移动，常能保持几年时间才逐渐消减混入北极冰丛之中。
关于北冰洋水分平衡的收入，主要包括大气降水（雨雪），亚欧大陆和北美大陆注入的河水与通过挪威海进入北冰洋的北大西洋的水以及通过白令海峡进入北冰洋的少量太平洋海水。它的支出部分主要有蒸发和通过东格陵兰寒流和拉布拉多寒流流入大西洋的水。
海洋资源与交通
北冰洋因大部分地区为冰块覆盖，尤其大部海域上层水温常年均在0℃以下，阻碍浮游生物的大量繁殖，因而以浮游生物为饵料的鱼类的种类和数量都远比其他大洋为少。只是受北大西洋暖流影响的巴伦支海鱼类和海兽比较丰富。鱼类中有鲱鱼、鳕鱼、黑线鳕和海鲈等；海兽中有鳁鲸和格陵兰鲸（由于遭受掠夺性的捕杀，目前已为数不多了）。在北冰洋受大量河水淡化的一些边缘海常有一些鲑鱼、白鲑鱼和胡瓜鱼等，但数量并不很多。长期适应风雪严寒的哺乳动物，如海象、海豹和白熊等，在北冰洋海域分布很广。可是，由于近年来遭到大量捕杀，数量也减少得非常快。
就目前所知，北冰洋海域的矿藏资源是相当丰富的。已发现的有巴伦支海、喀拉海、波弗特海和加拿大北部岛屿及海峡等地的石油和天然气，特别是加拿大北部沿海、岛屿及其附近海峡区，估计石油储量达1.0×1010吨之多。在北冰洋海底也发现有锰结核蕴藏，主要在巴伦支海、白海和喀拉海海底。巴伦支海是北冰洋重要渔场。美国已在阿拉斯加北部海湾进行石油开采。
北冰洋的海上航运，除巴伦支海海域南部一般不冻，经常有客货轮运输外，前苏联北部和美国、加拿大北部边海航运非常困难。前苏联虽早在斯大林领导的20世纪30年代已开辟了北方航线，但直到今天，即使在最暖季节，无强大的破冰船开道，运输船队要往返于摩尔曼斯克与符拉迪沃斯托克之间，也是非常困难的。
通过北冰洋上空的空运，是日本和远东通往北美和北欧、西欧的最短航线。1957年首次开辟了从日本东京经阿拉斯加的安科雷季和北极到达丹麦首都哥本哈根的航空线，它使原来15600千米的航程缩短2700千米。1969年又分别经同一路线开辟了从东京和大阪到巴黎和伦敦的航线。此外，日本东京与美国旧金山、纽约之间也有经过北极上空的客机往来。