1845年，倫敦地理學會把歐、亞、美大陸環抱的這個洋，正式命名為北冰洋。北冰洋是世界四大洋中深度最淺、面積最小的一個，它的面積為1478平方公里，與南極洲相當，只相當於太平洋的二分之一，它的水深平均為1097米，還不到太平洋的三分之一，而最大的水深僅為太平洋中馬裡亞納海溝的一半，為5499米。北冰洋一名源於希臘語，意思是正對著大熊星座的海洋。
北冰洋被冰雪覆蓋，氣候嚴寒，環境惡劣，這使得人們對它的瞭解十分膚淺，所收集的科學資料，也比其他的洋區少得多，因此，北冰洋仍然有很多的不解之謎。
北冰洋按其水深及成因又可分為兩部分，一是北冰洋的中央部分或主體部分；二是大部分屬於大陸架範圍的邊緣海，如喀拉海、拉普貼夫海、東西伯利亞海、楚科奇海、波弗特海、巴芬灣以及北極群島間各大小海灣與海峽。北冰洋按自然地理特徵可分為北歐海域和北極海域。這兩部分的共同特點是氣溫、水溫較低，各類浮冰分佈範圍廣，海洋生物種類和數量較少。
按照自然地理特性可以分為北極海域和北歐海域。北極海域，位於斯匹次卑爾根群島和阿拉斯加、加拿大北極群島之間，是一個長3000公里、寬2000公里的橢圓形海域。北歐海域，大致位於斯匹次卑爾根群島以南，包括挪威海、巴倫支海和白海，面積約408萬平方公里，占北冰洋總面積的31%。它是北冰洋中水溫和氣溫較高、降水量較多、冰情較輕、海洋生物資源較豐富的海域。
北冰洋的海底地形是一個呈橢圓形大海盆，被3條主要海嶺羅蒙諾索夫海嶺、阿爾法海嶺和北冰洋洋中脊所分割。羅蒙諾言索夫海嶺，高峻而陡峭，它從新西伯利亞群島穿過北極點附近一直延伸到格陵蘭島北岸，全長1800公里，高出深海平原2500米以上，它支配著整個海盆的地形；阿爾法海嶺，也稱門捷列夫海嶺，從亞洲一側的弗蘭格爾島起，延伸到格陵蘭島一側的埃爾斯米爾島附近，與羅蒙諾索夫海嶺匯合；北冰洋洋中脊，也稱南森海嶺，它起自勒拿河口，到格陵蘭島北側，與穿過冰島而來的北大西洋海嶺連接，長約2000公里，寬約200公里，北冰洋洋中脊上有許多裂巖，有平行於軸向延伸的磁異常條帶還有垂直於軸向的橫向斷裂帶，因此，它是全球洋中脊體系的組成部分。
北冰洋深海區被三條海嶺分為兩大部分，靠近歐亞大陸一側的為歐亞海盆，深度一般為4000米，最大深度為5499米位於斯瓦爾巴群島以北，是北冰洋的最深處。靠北美洲一側的為加拿大海盆，羅蒙諾索夫海嶺和阿爾法海嶺之間的海盆為馬卡洛夫海盆。此外，北冰洋大陸邊緣還被許多海底峽谷所分割，其中最大的是斯瓦大亞·安娜峽谷，位於喀拉海北部，長達500多公里。
大陸架非常寬廣是北冰洋海底地形的最大特點，面積約為440萬平方公里，約佔整個北冰洋的1/3。在阿拉斯加以北，大陸架比較狹窄，只有20∼30公里。在歐亞大陸以北，大陸架從海岸向海裡一直延伸1000公里左右，最寬處可達1200∼*0公里，為世界諸海大陸架寬度之最。由於北冰洋的深海區不僅在整個大洋中所佔的比例遠小於其他三大洋，而且平均水深比較淺，周圍又被陸地所包圍，所以也有人稱其為地球上最大的地中海。
北冰洋的島嶼總面積為380萬平方公里，而且大多數位於大陸架上，成因和陸地相似，故也稱大陸島。其中格陵蘭島為最大的島嶼，面積約為217.5萬平方公里，也是世界上最大的島嶼，島上的冰蓋被稱為「冰期的化石」，中央厚度達3400米，冰蓋幾乎把全島都覆蓋了。