北冰洋的形成與北半球勞亞古陸的破裂解體密切相關。海底的過程起源於晚古生代，但其形成時期是在新生代。
北冰洋以地球北極為中心，穿過歐亞板塊和北美板塊的洋底，從而產生了北冰洋的海盆。現在在北冰洋發現的北冰洋“中脊”也是產生北冰洋海底地殼的中心線。北冰洋的起源是不斷擴大的，在北冰洋的形成過程中，也不是只擴大過壹次。
北冰洋以北部為中心，被亞洲、歐洲和北美包圍。北冰洋面積1310平方公裏，是世界上最小、最淺的海洋。其總面積約為太平洋的十分之壹，占世界海洋總面積的4.1%。
北冰洋是半封閉的，因為它被陸地包圍。它由挪威海和格陵蘭海的巴芬灣相連，由狹窄的白令海峽與太平洋相連，由冰島-法羅海門檻和湯姆遜洋脊與大西洋隔開。
北冰洋平均深度約為1200m，北冰洋最深點為南森海盆。北冰洋的海盆可分為歐亞海盆和美亞海盆，歐亞海盆被壹條從大西洋延伸的南森海底山脈分為南森海盆和非拉姆海盆。梅亞盆地被阿爾法山脈分為北冰洋上的馬卡羅夫盆地和加拿大盆地。
由於北冰洋獨特的氣候條件，北冰洋海水可分為三層:表層200米，受降水、冰凍等因素影響，海洋表面溫度變化較大，高溫與低溫相差4℃；中間層為200米至900米，中間層之間有來自大西洋的海水流動，溫度在65438±0℃至3℃之間；底部溫度最低，低於0℃。
因為北冰洋的海平面被冰層反射的太陽光覆蓋，海水溫度相對較低，所以北冰洋的浮遊生物只有其他海洋的十分之壹。生活在北冰洋的唯壹魚類是北極鮭魚和北極鱈魚，哺乳動物是海豹和各種鯨魚，北極熊和北極狐棲息在陸地上。這些動物是生活在那裏的愛斯基摩人的狩獵目標。