Большая часть поверхности Северного Ледовитого океана покрыта толстым слоем льда даже летом.

Северный Ледовитый океан не только меньше всех остальных океанов, но и наименее соленый среди них. Это связано с большим количеством полноводных сибирских рек, впадающих в него, и низкой степенью испарения. Пониженная соленость наряду с холодом способствует образованию мощного ледяного покрова.

Никогда не замерзает только западная часть океана, питающаяся теплыми водами Атлантики. Со стороны Норвежского моря происходит основной приток воды. Течение движется вдоль Евразийского берега. Вода также поступает из Тихого океана через Берингов пролив, а отток происходит через проливы к востоку от Гренландии. Подводные течения и ветры вызывают движение льдов. Сталкиваясь, льдины часто образуют торосы, которые могут раздавить судно или вытолкнуть его наверх.

Почти половина площади океана приходится на шельф у российских берегов. В некоторых местах он простирается на 1300 км от берега.

Центр океана занимает глубокая овальная котловина, которую разделяет на две части подводный хребет Ломоносова, идущий от Новосибирских островов до канадского острова Элсмир. По количеству островов Северный Ледовитый океан уступает только Тихому.

Арктика основной источник холодного воздуха на планете. Двигаясь к экватору и сталкиваясь в средних широтах с теплым южным воздухом, он вызывает дождь и снег При этом сам Северный Ледовитый океан отнюдь не охлаждает, а согревает планету благодаря поступающим под ледяную шапку водам Атлантического и Тихого океанов. Поэтому Арктику можно назвать кондиционером планеты. Уменьшение арктических льдов, связанное с глобальным потеплением и озоновыми дырами, является большой экологической проблемой. По данным 2004 г., за последние 30 лет толщина ледяного покрова в среднем уменьшилась вдвое. Многие ученые полагают, что к 2070 г Северный Ледовитый океан может полностью лишиться ледяной шапки, что вызовет гибель многих видов животных и растений региона и приведет к тяжелым изменениям в климате Земли. Уже сейчас под угрозой исчезновения находятся моржи и киты.

Другой экологической проблемой океана является радиоактивное загрязнение, вызванное свалками радиоактивных отходов (например, в Карском море) и ядерными испытаниями на полигонах «холодной войны» (Новая Земля, Аляска). Загрязнению океана способствует и разработка запасов нефти и газа, которые станут более доступными в результате таяния льдов.