北冰洋是世界上最寒冷的海洋，洋面大部分常年冰冻。11月至次年4月为寒季，大部分海域气温在一20?4°C，最低气温可达一59°C，最热月的气温不超过6°C。表面水温多为一1?1。8°C。寒季常有猛烈的暴风。北欧海区受北大西洋暖流影响，水温、气温较高，降水较多，冰情较轻，暧季多海雾，有些月份每天有雾，甚至连续几昼夜。
斯堪的纳维亚半岛和科拉半岛北部冬季气温较同纬度其他地区高10°C以上，形成一些髙纬不冻港。如俄罗斯的摩尔曼斯克港，地处北纬68°58\位于北冰洋沿岸，却终年不冻，是俄罗斯北方舰队重要基地，并是其北极地区重要科研中心。北冰洋年降水量仅75?200毫米，格陵兰海可达500毫米。
北冰洋源自北极海域的洋流均为寒流，分为东、西两支环洋流动，但并不成封闭的圆周。北冰洋洋流进入大西洋，在地转偏向力的作用下，水流偏向右方，沿格陵兰岛南下的称东格陵兰寒流，沿拉布拉多半岛南下的称拉布拉多寒流。它们一方面带走了北极海域过剩的海水，另一方面对格陵兰岛、冰岛和加拿大东北部的气候有降温、减湿的作用。
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