北冰洋存在三个大环流系统。第一个流系从东西伯利亚海和拉捷夫海向西朝格陵兰岛方向漂流。漂流的过程中，有两个分支从主流方向分离出来，一个主要限于拉捷夫海，另一个则流过法兰士约瑟夫地附近群岛，流向新地岛北部。第二个流系在波弗特海内，是按顺时针方向运动，在波弗特海内形成一个停滞区。由于它被限制在一个封闭型区域内，既不向太平洋方向流动，也不向大西洋方向流动，因此，该流系中的浮冰比其他海区的浮冰厚。第三个流系源于东西伯利亚和楚科奇海，直接向北极方向漂流，达到北极点后，朝格陵兰方向流动，在那里与第一个流系汇合。
北冰洋和外界的海水交换，主要经过格陵兰岛和斯瓦尔巴群岛之间的通道进行。大西洋海水从该通道东部的深层流入北冰洋，估计占全洋区流入总量的78%，而通过白令海峡进入北冰洋的水量占流入总量的22%。北冰洋海水从格陵兰岛与斯瓦尔巴群岛之间通道的表层流出。占总流出量的83%，而通过加拿大北极群岛间海峡流出的水量，约占总流出量的17%。
北冰洋表面的绝大部分海域终年被海冰覆盖着，是地球上唯一的白色海洋。北冰洋海冰的平均厚度达3m，冬季覆盖海洋总面积的73%，约有1 000万~1 100万km2，夏季覆盖53%，约有730万~800万km2。海冰会反射来自太阳的80%~90%的热量，同时阻碍从海洋向大气输送热量，也就是说海冰既作为反射体又作为接受体，承担着海气相互作用和大气及海洋间热交换的重要任务，它的变化会给地球气候带来影响。北冰洋的海冰被环绕的陆地所包围，因此自由漂浮受到很大影响，绵延的海冰一直到北极点。北极的海冰比南极厚，常见的大都是多年冰，中央北冰洋的海冰属永久性海冰，有4m~6m厚，而其他海区的当年性海冰只有2m厚。
海冰是海水冻结而成的，冰的晶体间还会存有被浓缩的盐水，因此要比纯冰脆。池塘里的冰3cm厚时，人就能在上面行走，而海冰必须要结到10cm厚才行。由于降雪使海冰厚度不断增加，在风和海流的作用下，浮冰可以叠积形成浮冰山。海冰是浮在海上的冰的总称，不仅包括海水冻结的冰，也包括来自湖泊、河流的冰和冰川掉下来的冰。从格陵兰冰盖和冰架掉入海里的冰山，它们随海流进入大西洋或阿拉斯加外海，个别冰山可向南漂移到北纬40°。1912年世界最豪华的客轮“泰坦尼克”号首航时，就因撞上了一个从北冰洋漂流出的冰山而沉没，造成世界航海史上著名的“冰海沉船”惨剧。
南极和北极的海冰变化对世界的气候和海况有很大影响，所以人们从气候变化和航行安全的角度，利用卫星对海冰进行跟踪观测和研究。
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