北冰洋不仅规模在四个大洋中最小，而且海水比较浅，海底地貌也比较简单。

在北冰洋中部，横卧着两条海岭，即罗蒙诺索夫海岭和门捷列夫海岭。罗蒙诺索夫海岭略呈西北东南走向，从新西伯利亚群岛起，经北极的中央部分，直达格陵兰海岸。门捷列夫海岭与罗蒙诺索夫海岭大致平行，在东西伯利亚海域符兰格尔岛与加拿大最北端的埃尔斯米尔岛之间，规模比罗蒙诺索夫海岭要小一些。两条海岭把北冰洋海底分为三个海盆，即南森海盆、加拿大海盆和马卡罗夫海盆。其中南森海盆深度5449米，是北冰洋的最深处。

北冰洋海底地貌最突出的特点是大陆架非常宽广，总面积达440万平方千米，占北冰洋总面积的33.6％，是世界四个大洋中大陆架面积占大洋总面积比例最大的一个洋。大陆架在北冰洋边缘地区均有分布，但主要分布在亚欧大陆一侧的东西伯利亚梅、拉普帖夫海、喀拉海、巴伦支海、挪威海以及格陵兰海海域。在大陆架地区，有极为丰富的石油和天然气资源。沿海岛屿有煤、铁、铜、铅、锌等矿藏。