北冰洋的冬季从11月起直到次年4月，长达6个月。5、6月和9、10月分属春季和秋季，而夏季仅7、8两个月。1月份的平均气温介于-20～-40°C。而最暖月8月的平均气温也只达到-8°C。在北冰洋极点附近漂流站上测到的最低气温是-59°C。由于洋流和北极反气旋的影响，北极地区最冷的地方并不在中央北冰洋。在西伯利亚维尔霍杨斯克曾记录到-70°C的最低温度，在阿拉斯加的普罗斯佩克特地区也曾记录到-62°C的气温。
就整体而言，北极地区的平均风速远不及南极，即使在冬季，北冰洋沿岸的平均风速也仅达到10米/秒。尤其是在北欧海域，主要受到北角暖流的控制，全年水面温度保持在2～12°C之间，甚至位于北纬69°的摩尔曼斯克也是著名的不冻港。在那个地区，即使在冬季，15米/秒以上的疾风也比较少见。但由于格陵兰岛、北美及欧亚大陆北部冬季的冷高压，北冰洋海域时常会出现猛烈的暴风雪。北极地区的降水量普遍比南极内陆高得多，一般年降水量介于100～250毫米之间，格陵兰海域则达到每年500毫米。