概述
北冰洋大致以北極為中心，為亞洲、歐洲和北美洲所環抱。亞洲和北美洲之間的白令海峽，使它與太平洋相通。
北冰洋的特征非常突出，概括起來有下列數目：
一、世界最小、最淺的大洋
北冰洋的麵積為1.23×106平方千米，不及太平洋麵積的1/4，包括邊緣海在內的平均深度為1117米，最深點5449米。
二、世界最寒冷的大洋
北冰洋極度嚴寒的氣候，又使北冰洋上有廣布的常年不化的冰蓋，這種連續的冰蓋竟占整個大洋麵積2/3左右，而其餘的海麵也多有浮冰和冰山漂流。
三、大陸架麵積遼闊
北冰洋大陸架麵積達4.4×106平方千米，占北冰洋總麵積的36％。其他大洋的大陸架麵積，皆不到本大洋麵積的1/10。
北冰洋海岸線曲折，島嶼眾多，而且有很多淺而寬闊的邊緣海。在亞歐大陸北邊，從西往東有：巴倫支海、喀拉海、拉普帖夫海、東西伯利亞海和楚科奇海等。楚科奇海與太平洋屬海白令海之間即為狹窄的白令海峽。北美洲沿岸西部為波弗特海，東部為眾多的島嶼，各島之間有海峽相通。它們與世界最大島嶼格陵蘭島之間，隔著史密斯海峽，巴芬灣和戴維斯海峽。格陵蘭島之東為格陵蘭海。格陵蘭海以東即為大西洋屬海——挪威海。以上各邊緣海多數大陸架寬闊，海上除夏季1～2個月有浮冰漂浮外，其餘時間多為岸冰所封凍。北冰洋中所有島嶼，除格陵蘭、斯匹次卑爾根、新地和埃爾斯米爾等島上有不多的常住人口外，其餘島嶼多是石骨峋嶙，冰雪覆蓋，渺無人煙。
洋底地形
北冰洋洋底地形突出的特點是大陸架非常廣闊。在亞歐大陸以北，大陸架從海岸一直向北伸延1000千米左右，最寬的地方達1200～1300千米。大陸架深度多在幾十到100米；阿拉斯加以北，大陸架比較狹窄，隻20～30千米。這些大陸架本是陸地的一部分，其生成與第四紀大陸冰川消融，海麵上升有密切的關係。
北冰洋洋底中央部分，橫臥著一條高起的羅蒙諾索夫海嶺，它大致從新西伯利亞群島穿過北極附近至加拿大北極島群中的埃爾斯米爾島，羅蒙諾索夫海嶺綿延長達1800千米，高出兩側海盆2500～3000米，嶺脊距海麵1000～2000米，有的嶺脊距海麵更淺，隻850～954米，羅蒙諾索夫海嶺雖有火山活動，甚至火山噴發，但據近期調查分析，它並非大洋中脊，可能是一沿經線方向被構造斷裂複雜化了的褶皺山脈。山脈由沉積岩和變質岩組成，而反映大洋中脊特點的基性岩在此不占主導地位。
北冰洋中央部分，還有一條同羅蒙諾索夫海嶺近於平行的門捷列夫海嶺，它從符蘭格爾島起，延至埃爾斯米爾島附近與羅蒙諾索夫海嶺相彙合，海嶺上最小水深僅1500米。在這兩列海嶺之間分布著麵積不大的馬卡洛夫海盆，海盆最大深度3970米。
由於上述兩條海嶺橫斷整個北冰洋，使整個北冰洋海盆被分隔為兩部分。麵向大西洋一邊的稱南森海盆，一般深度為4000～4500米，最深點位於斯匹次卑爾根群島以北，達5449米；麵向太平洋和北美洲一邊的，叫加拿大海盆，一般深度3000～3500米，最深點位於阿拉斯加以北，達4683米。
在近年不斷調查的基礎上，在北冰洋洋底揭示出一些新的水下山脈和高地，如在阿拉斯加巴羅角以北，發現了新的海底山脈，山脈峰頂高出海底1500米。在斯匹次卑爾根群島西北深海區亦發現突起的海底高地，該高地從深約1000米處升高到距海麵隻有20米的高度。據新近調查，在北冰洋中亦存在一條大洋中脊，其走向位置與穿過冰島的北大西洋海嶺連接，經過南森海盆到勒拿河口附近。北冰洋中脊的寬度很窄，一般不超過200千米，在地貌上遠不如大西洋中脊海嶺發育成熟。
氣候與海冰
北冰洋因位處北極圈以內，廣大海域有漫長的永夜，散失掉大量的熱。永晝期間盡管光照時間很長，但太陽高度角很小，獲得的日熱也有限；同時在永晝期間還要消耗大量的熱能用於融化積雪和海冰；再加上白色的冰雪還將部分太陽能反射回去。在這些因素的共同影響下，致使北冰洋範圍的氣溫非常低。11～4月的冬半年絕大部分地區的平均氣溫均為-20℃～-40℃，隻是巴倫支海上空，因受到北大西洋暖流及由冰島低壓附近東進的溫帶氣旋影響，氣溫才達到0℃左右。北冰洋海域沒有真正的夏季，就在最高溫的月份，氣溫也隻有0℃～6℃。在北冰洋內部，由於主要是下沉氣流，風暴天氣並不多見，然而在它的邊緣部分，由於海陸的物理性質不同，常有明顯的“季風”變化，而且風速很大。冬季時節，因每受冰島低壓和阿留申低壓的影響，常在亞歐大陸北部沿岸海域和阿拉斯加北部沿岸海域，形成氣旋而產生暴風雪天氣。