Крупный элемент рельефа дна Северного Ледовитого океана — хребет Ломоносова, поднимающийся над котловинами на высоту до 3000 м. Хребты Ломоносова, Менделеева и Гаккеля разделяют бассейн океана на несколько котловин. Донные отложения океана — исключительно терригенного происхождения. Это в значительной мере выносы рек Сибири и Аляски.
Океан почти со всех сторон окружен материками Евразии, Северной Америки и островами: Гренландией, Исландией и др. Эта полузамкнутость океана сильно влияет на циркуляцию вод, на характер ледовых процессов, очень затрудняет вынос льдов из него. В результате здесь преобладает многолетний лед толщиной 2–4 м и больше — так называемый «пак». Барьеры суши и ветры вызывают частое торошение льдов.
Берега океана в основном низменные. Из далеких гористых и равнинных внутренних частей материков Евразии и Северной Америки текут многоводные реки, выносящие большие массы воды. Как обычно, к обширным равнинам примыкают широкие шельфы.
Выходящие к океану берега из-за суровых климатических условий в основном малонаселенные и слабо освоенные в хозяйственном отношении. Обычно это тундры, чаще равнинные и заболоченные, местами горные. Больших городов на берегах океана мало. В основном это порты по приему и переработке рыбы, по обработке и вывозу леса или минерального сырья. В море Бофорта канадцы начали бурение нефтяных скважин. Большую опасность для буровых вышек представляют дрейфующие морские льды.
Наиболее широкое соединение с Атлантическим океаном осуществляется через проливы между Гренландией, Исландией, Фарерскими островами, Великобританией и Скандинавией, а также через Девисов пролив между Гренландией и Баффиновой Землей. Этим путем происходит основной водообмен и обновление вод океана, а также приток тепла. Большая глубина основных проливов обеспечивает обмен не только в верхних, но и в промежуточных слоях. Через проливы по обе стороны Гренландии идет вынос холодных вод и паковых льдов в Атлантику. Берингов пролив уже и мелководнее, водообмен здесь менее значительный, но тихоокеанские воды в небольшом количестве заходят далеко в океан.
Средняя часть Северного Ледовитого океана — Центральный полярный бассейн, практически всегда покрытый льдами. Периферийные области океана имеют сезонный ледовый покров. Норвежское море, расположенное несколько южнее, в зоне сильнейшего влияния теплого течения, находится почти полностью в умеренном поясе.
Благодаря широкому соединению Атлантического и Северного Ледовитого океанов, а также сильному развитию здесь субмеридиональных потоков системы Гольфстрима влияние теплых вод в так называемом «западном», приевропейском, секторе Арктики распространяется значительно дальше на север, чем в «восточном» (и значительно дальше, чем в Антарктике). Одна струя теплых вод проходит севернее Шпицбергена, погружается на глубину под опресненные воды и входит в Полярный бассейн.
Струя атлантической воды обычно прослеживается на глубине около 300 м. Температура воды в ней 2–2,5 °C (а в окружающих водах лишь около 0 °C), соленость повышенная.
Природа Центрального полярного бассейна была описана выше, следует отметить лишь некоторые географические особенности отдельных его районов.
Баренцево море
— самое теплое из арктических морей. Вдоль Мурманского побережья следует теплое Нордкапское течение (ответвление Норвежского), которое существенно влияет на природу и хозяйство района. В итоге воды в открытом море и заливах не замерзают, большие порты функционируют круглый год. От Норвежского течения отделяются струи на восток и северо-восток.Вхождение теплых атлантических вод, их взаимодействие с местными полярными водами, общая значительная динамичность, вертикальное перемешивание (сопровождающееся аэрацией глубинных слоев и выносом питательных солей вверх), преобладание малых глубин и разнообразие рельефа дна и грунта — все это создает исключительно благоприятные условия для массового развития различных видов животных. Биомасса зоопланктона в море доходит до 50 млн. т, причем это в основном кормовые формы — мелкие ракообразные (калянус и др.). Биомасса донных животных (бентос) более 150 млн. т. Благодаря обилию пищи здесь, особенно летом, много рыб бореального комплекса, как планктоноядных (сельдь), так и бентосоядных, донных и придонных (треска, камбала, морской окунь), а также лососевых. Наиболее интенсивно развивается жизнь вдоль струй теплых течений. Баренцево море — очень важный рыбопромысловый район.
Высокие скалистые берега (фиордового типа) Мурмана обработаны древним ледником.
На островах Новая Земля и Шпицберген многие современные ледники доходят до моря и дают начало айсбергам.