1845年，伦敦地理学会把欧、亚、美大陆环抱的这个洋，正式命名为北冰洋。北冰洋是世界四大洋中深度最浅、面积最小的一个，它的面积为1478平方公里，与南极洲相当，只相当于太平洋的二分之一，它的水深平均为1097米，还不到太平洋的三分之一，而最大的水深仅为太平洋中马里亚纳海沟的一半，为5499米。北冰洋一名源于希腊语，意思是正对着大熊星座的海洋。
北冰洋被冰雪覆盖，气候严寒，环境恶劣，这使得人们对它的了解十分肤浅，所收集的科学资料，也比其他的洋区少得多，因此，北冰洋仍然有很多的不解之谜。
北冰洋按其水深及成因又可分为两部分，一是北冰洋的中央部分或主体部分；二是大部分属于大陆架范围的边缘海，如喀拉海、拉普贴夫海、东西伯利亚海、楚科奇海、波弗特海、巴芬湾以及北极群岛间各大小海湾与海峡。北冰洋按自然地理特征可分为北欧海域和北极海域。这两部分的共同特点是气温、水温较低，各类浮冰分布范围广，海洋生物种类和数量较少。
按照自然地理特性可以分为北极海域和北欧海域。北极海域，位于斯匹次卑尔根群岛和阿拉斯加、加拿大北极群岛之间，是一个长3000公里、宽2000公里的椭圆形海域。北欧海域，大致位于斯匹次卑尔根群岛以南，包括挪威海、巴伦支海和白海，面积约408万平方公里，占北冰洋总面积的31%。它是北冰洋中水温和气温较高、降水量较多、冰情较轻、海洋生物资源较丰富的海域。
北冰洋的海底地形是一个呈椭圆形大海盆，被3条主要海岭罗蒙诺索夫海岭、阿尔法海岭和北冰洋洋中脊所分割。罗蒙诺言索夫海岭，高峻而陡峭，它从新西伯利亚群岛穿过北极点附近一直延伸到格陵兰岛北岸，全长1800公里，高出深海平原2500米以上，它支配着整个海盆的地形；阿尔法海岭，也称门捷列夫海岭，从亚洲一侧的弗兰格尔岛起，延伸到格陵兰岛一侧的埃尔斯米尔岛附近，与罗蒙诺索夫海岭汇合；北冰洋洋中脊，也称南森海岭，它起自勒拿河口，到格陵兰岛北侧，与穿过冰岛而来的北大西洋海岭连接，长约2000公里，宽约200公里，北冰洋洋中脊上有许多裂岩，有平行于轴向延伸的磁异常条带还有垂直于轴向的横向断裂带，因此，它是全球洋中脊体系的组成部分。
北冰洋深海区被三条海岭分为两大部分，靠近欧亚大陆一侧的为欧亚海盆，深度一般为4000米，最大深度为5499米位于斯瓦尔巴群岛以北，是北冰洋的最深处。靠北美洲一侧的为加拿大海盆，罗蒙诺索夫海岭和阿尔法海岭之间的海盆为马卡洛夫海盆。此外，北冰洋大陆边缘还被许多海底峡谷所分割，其中最大的是斯瓦大亚·安娜峡谷，位于喀拉海北部，长达500多公里。
大陆架非常宽广是北冰洋海底地形的最大特点，面积约为440万平方公里，约占整个北冰洋的1/3。在阿拉斯加以北，大陆架比较狭窄，只有20～30公里。在欧亚大陆以北，大陆架从海岸向海里一直延伸1000公里左右，最宽处可达1200～*0公里，为世界诸海大陆架宽度之最。由于北冰洋的深海区不仅在整个大洋中所占的比例远小于其他三大洋，而且平均水深比较浅，周围又被陆地所包围，所以也有人称其为地球上最大的地中海。
北冰洋的岛屿总面积为380万平方公里，而且大多数位于大陆架上，成因和陆地相似，故也称大陆岛。其中格陵兰岛为最大的岛屿，面积约为217.5万平方公里，也是世界上最大的岛屿，岛上的冰盖被称为“冰期的化石”，中央厚度达3400米，冰盖几乎把全岛都覆盖了。