Географічне положення і розміри. Північний Льодовитий океан — найменший з усіх океанів. Він знаходиться між Євра­зійським та Північноамериканським материками. Вперше його визначив як окремий океан 1650 р. голландський географ Вареніус і назвав Гіперборейським. У 1845 р. Лондонське географіч­не товариство перейменувало його на Північний Льодовитий.

За сучасними дослідженнями, межа між Північним Льодо­витим і Атлантичним океанами пролягає південними окраїнами проток Гудзонової, Девіса, Датської, через Фарерські й Шотландські острови до мису Стад на Скандинавському півострові. Межею з Тихим океаном уважається Берингова протока від ми­су Дежньова через острови Демидова до мису Принца Уельсько­го. Його площа 14,75 млн. км², із них на моря припадає менш як 8,9 млн. км². Цей океан — наймілкіший з усіх. Його середня глибина 1225 м, максимальна — 5527 м у Гренландському морі. Глибини до 200 м у ньому займають 39,6 % від усієї його акваторії, а найбільші глибини (понад 3000 м) становлять лише 17,4 %.

Розташований океан переважно за полярним колом. Серед­ню його частину займає Арктичний, або Центральний, поляр­ний басейн. Це найсуворіша частина океану, практично завжди покрита кригою. Через складні кліматичні та льодові умови океан важкодоступний для дослідження.

Історія досліджень. Піонерами відкриття берегів Північного Льодовитого океану по праву вважають новгородців. Невідомо, коли вперше вони туди потрапили, але вже наприкінці XI ст., за свідченнями «Начальной летописи», новгородці відкрили Мезенську губу, вперше обігнули півострів Канін і, рухаючись на схід, пройшли від Чеської затоки до Обської губи. Можна здогадуватись, що на береги Білого моря вони потрапили знач­но раніше. В XIII ст. та на початку XIV ст. новгородці здійсню­вали морські походи на захід уздовж мурманського узбережжя Кольського півострова. Обігнувши мис Нордкап, вони просува­лись уздовж берегів Норвегії далеко на південь.

Чільне місце в історії дослідження Північного Льодовитого океану займають експедиції та плавання в пошуках найкращого шляху з Європи в країни Сходу через полярні моря. Вони велись у трьох напрямках: уздовж північних берегів Азії (північно-східний прохід), уздовж північних берегів Америки (північно-західний прохід) і через центральну частину океану. У XV—XVII ст. провадились активні пошуки північно-східного й північно-західного проходів з Атлантичного океану в Тихий. Наприкінці XVI ст. експедиція голландського мореплав­ця і дослідника Л. Баренца в пошуках північно-східного прохо­ду з Атлантичного океану в Тихий здійснила три подорожі. В 1594 р. вона досягла острова Нова Земля.

Наприкінці XVI — на початку XVII ст. помори освоїли Мангазійський хід — так називався морський шлях уздовж берегів морів Баренца, Печорського, Карського до Обської й Тазівської губ. У першій чверті XVII ст. російські промисловці обігнули морем Таймирський півострів. Козаки С. Дежньов і Ф. Попов 1648 р. пройшли від гирла ріки Анадир до гирла Колими і відкрили прохід з Північного Льодовитого океану в Тихий. Отже, в середині XVII ст. морський шлях до Тихого океану вздовж берегів Євразії було знайдено. У XVIII ст. його нанесли на карту учасники Великої північної експедиції (1734— 1742 рр.). Дослідження ділянок океану на сході Азії, ще не опи­саних Великою північною експедицією, почалися з другої поло­вини XVIII ст. і тривали до першої половини XX ст.

У 1607—1611 рр. чотири експедиції для відкриття північно-західного морського шляху з Атлантичного океану в Тихий здій­снили англійські полярні мореплавці Г. Гудзон, Дейвіс, В. Баффін та Р. Байлот. І лише Гудзон досяг 80°25' пн. ш. Тоді вперше було описано й позначено на картах береги островів Елсмір, Девон, західне узбережжя Гренландії, відкрито острови Ян-Майєн, протоки Джонс, Ланкастер, Сміт та ін.

Після того як експедиція В. Беринга нанесла на карту прото­ку, що сполучає Тихий і Північний Льодовитий океани, кілька разів пробували знайти північно-західний прохід з Тихого океа­ну, зокрема англійський мореплавець Дж. Кук у 1776—1780 рр. і російський мореплавець О. Коцебу в 1815—1818 рр. Відтак було описано узбережжя Америки від мису Принца Уельського до мису Айсі-Кейп.

Проникнути до Берингової протоки з Північної Європи через високі широти намагався В. Чичагов у 1765 р. і 1766 р. Проте на північний захід від Шпіцбергену на широті 80°30' шлях його експедиції перетнула крига. У процесі пошуків Північного морського шляху через високі широти було відкрито кілька островів та архіпелагів і здобуто відомості про природу окраїнних морів.

Уперше наскрізне плавання північно-східним проходом здійснила шведська експедиція під керівництвом Н.  Норденшельда впродовж 1878—1880 рр. з однією зимівлею в районі Колючинської губи. Експедиція провела багато цінних дослі­джень, але помилилась у висновку, що наскрізне плавання за одну навігацію неможливе. Наступні плавання С. Макарова на криголамі «Ермак» у 1899 р. і 1901 р., Г. Брусилова на шхуні «Святая Анна» у 1912—1914 рр., В. Русанова у 1912—1913 рр. також не мали успіху. Можливість плавання за одну навігацію довели експедиції радянських дослідників на пароплаві «Сибіряков» 1932 р. та криголамі «Ф. Літке» 1934 р.

Початком нового етапу у вивченні Північного Льодовитого океану були роботи за програмою І Міжнародного геофізичного року (1932—1933 рр.). У той час на берегах Азії та на островах відкривалися, полярні станції, а в океані працювали наукові експедиції. Успішній роботі цих станцій та експедицій сприяло регулярне використання літаків і криголамів. Перша високоши­ротна повітряна експедиція висадила 21 травня 1937 р. в районі» Північного полюса на одну з крижин Арктичного басейну учас­ників першої у світі дрейфової станції «Северный полюс-1» («СП-1»).

Після Великої Вітчизняної війни Арктичний науково-дослід­ний інститут організував високоширотну повітряну експедицію «Север». Відтоді почалося планомірне вивчення Північного Льодовитого океану. Так, 1990 р. діяла експедиція «Север-42». З 1954 р. в Арктичному басейні постійно працюють дві дрейфові станції «Северный полюс». У 1990 р. дрейфували станції «Се­верный полюс-27» і «Северный полюс-28».

З 1947 р. регулярні дослідження погоди від Аляски до Північного полюса ведуть США та інші країни.

Завдяки льодовій авіарозвідці, супутниковій інформації та можливості вести спостереження з потужних атомних криголамів з'ясувалось, що у високих широтах протягом року вздовж усього Північного морського шляху існують вузькі смуги ополо­нок і розводдя. Це явище сприятливе для руху криголамів, а отже, і перевезення вантажів. Внаслідок досліджень післявоєнних років значно змінилось уявлення про природу центральної частини океану. Відкрито хребти Ломоносова, Менделєєва та ряд інших підняттів, вивче­но азійський материковий схил. За аналізом проб ґрунту визна­чено історію розвитку дна океану за останні 150—180 тис. років. Вивчено придонні течії глибоководних западин, підтверджено наявність прошарку атлантичних вод, установлено неоднорід­ність крижаного покриву центральної частини океану, дослідже­но схему дрейфу криги у двох генеральних напрямках: циклонаявному в приатлантичному секторі та антициклональному — у притихоокеанському.

Визначено особливості формування товстої криги — «крижа­них островів» і встановлено зв'язок між легендарними «земля­ми» і цими «островами». Встановлено, що радіаційний баланс Арктики додатний, сюди проникають глибокі циклони з сильними вітрами і теплим повітрям з Атлантичного і Тихого океанів. У водах центральної частини океану виявлено 80 видів різних форм планктону і 100 видів донних організмів. На матеріалах геофізичних спостере­жень складено нові магнітні карти, зроблено висновок про зміну елементів земного магнетизму з плином часу, виявлено ще одну зону підвищеної інтенсивності магнітних збурень.

Береги. Значна різноманітність приморського рельєфу зумов­лює велику різноманітність типів берегів океану. На їх розвитку позначається вплив плавучої морської криги. Вона послаблює хвилі та обмежує період їхньої дії.

Велику роль у формуванні берегів відіграє морозне вивітрю­вання, яке найактивніше у тріщинуватих великозернистих ви­вержених породах. Унаслідок вивітрювання та морської абразії виникають особливі форми берегових обривів — жолоби, висту­пи, останці-кекури, ніші, печери.

На берегах, де відшаровуються осадові породи (сланці й піс­ковики), вплив морозного вивітрювання зменшується, але поси­люється абразія. Берегова лінія в цих місцях відступає під дією хвильового розмиву.

Термоабразія — один з основних процесів формування бере­гів полярних морів. Морфологічно вона виявляється в утворенні ніш із наступним обвалюванням верхньої частини берегів. Цей процес спричинює значне відступання берегової лінії.

На узбережжях Таймиру, Скандинавського півострова, Грен­ландії, Канадського Арктичного архіпелагу багато фіордів і шхер. Ці форми берегів сформувалися під дією льодовиків.

Береги Білого, Баренцового, Карського морів здебільшого високі абразивні з невеликими затоками. Водночас уздовж бере­гів морів Бофорта, Чукотського, Лаптєвих, Східно-Сибірського ділянки суходолу затоплені під час гляціоевстатичної трансгре­сії. Тому їхні береги переважно складні, на окремих ділянках рівні й дельтові, місцями лагунні.

Острови. Північний Льодовитий океан за кількістю островів посідає друге місце серед океанів. Проте типових океанічних островів тут немає. Всі вони розташовані в межах материкової обмілини і побудовані зі структур континентального типу. Лише острів Ісландія, що знаходиться на межі Північного Льодо­витого і Атлантичного океанів, вулканічного походження. Загальна площа островів близько 4 млн. км². Серед них багато великих, площею понад 50 тис. км², у тому числі найбільший острів світу — Гренландія. Дрібні острови океану також різно­манітні, проте всі — материкового походження.

Характерною особливістю більшості островів Північного Льодовитого океану є наявність на їхній поверхні покривних льодовиків. Так, у Гренландії кригою вкрито 84 % території, на Шпіцбергені й Північній Землі—до 90 %. На решті островів льодовики займають меншу частину поверхні, проте вільні від криги ділянки пустельні.

Гренландський льодовик має форму масиву з дуже положис­тою поверхнею, що поступово підвищується від узбережжя до центру острова, де абсолютні позначки досягають 3300 м. Товща криги в центрі острова подекуди перевищує 3000 м. Трогами і фіордами спускаються льодовикові язики. Від них щороку відколюється до 10—15 тис. айсбергів. Поверхня льодовика — своєрідна снігова рівнина. Де-не-де з-під криги здіймаються нунатаки — гострі скельні піки та гребені. Подібні ландшафти типові для інших островів, охоплених сучасним зледенінням.

Більшість островів Арктики являють собою плато і гірські країни складчасто-брилової будови. На їхніх крутих скелястих берегах гніздяться качки, гаги, кайри, чистуни та інші птахи. Пташині базари Нової Землі, мабуть, найбільші у світі.

Моря. Групи островів та умовні зовнішні краї шельфу є межами мілководних частин океану — його морів. Європу оми­вають Норвезьке і Гренландське моря. На схід від них, на широкому шельфі Євразії,— Баренцове море. Далі на схід, за бар'єром великого острова Нова Земля, знаходиться Карське море. Архіпелагом Північна Земля воно відділене від моря Лаптєвих. На схід від Новосибірських островів лежить Східно­сибірське море, а за островом Врангеля — Чукотське море, що омиває береги Євразії та Північної Америки. Північно-Американський материк омивається морями Бофорта, Лінкольна, Баффіна та Гудзоновою затокою. Всі моря Північного Льодо­витого океану крайові, і лише Біле море, що глибоко вдається в суходіл і сполучене з Баренцовим морем, внутрішньоматери­кове.

Геологічна будова і рельєф. Якщо про рельєф Північного Льодовитого океану ми знаємо чимало, то про геологічну будову наші уявлення переважно схематичні й гіпотетичні. Вони спираються на дані геофізичних досліджень, одержані переважно з дрейфових станцій. Глибоке буріння почалося нещодавно і лише в прилеглій до Атлантики частині (у Гренландському, Норвезькому та Баренцовому морях) до того ж у зоні шельфу.

У рельєфі дна океану досить чітко вирізняються шельф і ложе. На фізичній карті океану добре видно, шельф в межах Баренцового, Карського, Лаптєвих, Східно-Сибірського і Чукотського морів шельф має ширину до 1200 км (Баренцово-Карський шельф). Мінімальна його ширина — навколо узбережжя Північ­ної Америки, Гренландії та Норвегії, де вона становить від 50— 100 до 300 км. Потужність земної кори в межах шельфу досягає 40 км. Це переважно затоплені денудаційні рівнини, що заля­гають на глибині 200—250 м і зберігають сліди четвертинного материкового зледеніння. Зовнішній край шельфу гористий. Особливості його яскраво виявляються в архіпелагах Шпіцбер­ген та Земля Франца-Йосифа.

Рельєф канадського шельфу тісно пов'язаний з розломною тектонікою. її дія виявлена в складних контурах берегів, остро­вів та глибоководних жолобів, таких як Сміт-Лінкольн, Мод, Мак-Клур та ін.

Материковий схил Північного Льодовитого океану набагато ширший, ніж в інших океанах, і має східчасту будову. Так, у Чукотському і Східно-Сибірському морях є по дві своєрідні сходинки — занурені ділянки шельфу їх називають аваншельфом. Материковий схил канадської частини океану вужчий і крутіший, розчленований широкими плоскодонними каньйо­нами. Материкове підніжжя займає 900 тис. км² і являє собою на­хилену, слабохвилясту акумулятивну рівнину.

Шельф, материковий схил і материкове підніжжя займають 2/3 площі океану. Підводні окраїни материків у Баренцовому морі є продовженням Східно-Європейської платформи, в Карському — Західно-Сибірської плити, в морі Лаптєвих—Сибір­ської платформи, у Східно-Сибірському й Чукотському мо­рях — мезозойських структур, в морі Бофорта — Північно-Американської платформи.

Рельєф європейського та азійського шельфів дуже ускладне­ний великою кількістю підводних долин, що є продовженням річкових долин на суходолі. До континентального схилу простя­гаються долини Північної Двіни, Печори, Обі, Єнісею, Хатанги, Оленька, Яни, Індигірки й Колими. Вони знаходяться на глиби­нах від 70 до 90 м їх утворення пов'язане з пониженням рівня океану,  яке відбувалося двічі.  Перший раз  Полярний басейн опустився на 270—300 м у міоцен-пліоценовий етап, удруге на 120—140 м,— у пізньому плейстоцені.

Океанічна западина хребтами поділяється на вісім улоговин: Канадську, Макарова, Підводників, Амундсена, Нансена, Грен­ландську, Норвезьку і Лофотенську глибини яких коливаються в межах 2200—5500 м. Це переважно плоскі й хвилясті абісальні рівнини.

На дні океану здіймаються три основні хребти. З Атлантич­ного океану сюди заходить Серединно-Арктичний хребет, який має таку саму природу, що й Серединно-Атлантичний, тому що є фактично його продовженням і також має рифтову долину та поперечні розломи. Він складається з окремих, дуже зсунутих від загальної осі (рифтової долини) хребтів. На північ від Іслан­дії тягнеться хребет Кольбейнсей, за ним—хребет Мона, далі хребет Кніповича, який переходить у хребет Ґаккеля. Загальна довжина Серединно-Арктичного хребта близько 4500 км. Висо­та його змінюється від 1 до 3,5 км, а ширина становить кілька сотень кілометрів. У напрямі до дельти Лени він звужується. Паралельно до хребта Гаккеля через середину океану простя­гається хребет Ломоносова, а за ним — хребет Менделєєва.

Якщо Серединно-Арктичний хребет утворився внаслідок виливу мантійної речовини (після спредингу), то хребет Ломо­носова — це брилова структура континентального типу висотою близько 3000 м з крутими схилами і каньйонами, а хребет Менделєєва — старий, значно нижчий серединно-океанічний, нині не активний.

Земна кора в межах океанічної западини, крім хребта Ломо­носова,— океанічного типу. Вона має потужність від 5 до 15 км. На осадові породи припадає від 1 до 4 км.

З усіх океанів Північний Льодовитий наймолодший. Спочат­ку в кінці юрського і на початку крейдового періодів сформува­лася Канадська улоговина, потім — улоговина Макарова, і тільки на початку кайнозойської ери — Норвезька, Гренланд­ська і Лофотенська улоговини.