В 17 в. русские поморы плавали вдоль побережья Сибири, обогнули Таймырский полуостров. В 1648 С. Дежнев открыл пролив между Азией и Америкой. В 18 в. русскими исследователями был проведён ряд крупных работ: Великая Северная экспедиция (Х. П. и Д. Я. Лаптевы, С. Г. Малыгин, С. И. Челюскин и др.) обследовала и положила на карту почти всё северное побережье Азии.

По инициативе М. В. Ломоносова была снаряжена в Центральную Арктику экспедиция В. Я. Чичагова. В 19 в. и начале 20 в. важные открытия и исследования сделали экспедиции: русские — М. Геденштрома, Ф. П. Литке, П. Ф. Анжу, Ф. П. Врангеля, П. К. Пахтусова, Э. В. Толля, В. Арктика Русанова, Г. Я. Седова и др.; австрийские — Ю. Пайера и К. Вайпрехта; американские — Дж. Де-Лонга; норвежские — Ф. Нансена; английские — Джона Росса, Джеймса Росса, У. Парри, а также экспедиции, посланные на поиски пропавшей в 1845 без вести экспедиции Дж. Франклина.

Канадский Арктический архипелаг исследовали норвежец О. Свердруп и канадец В. Стефансон. Северного полюса 6 апреля 1909 впервые достиг американец Р. Пири. Северо-восточным проходом с З. на В. прошли в 1878—79 швед Арктика Норденшельд на «Веге» и в 1914—15 с В. на З. русская экспедиция Б. Вилькицкого на «Таймыре» и «Вайгаче». Совершив сквозное плавание, русские моряки доказали тем самым возможность и целесообразность использования Северного морского пути. Ранее (1913) эта экспедиция, проводя гидрографические исследования в морях Северного Ледовитого океана, открыла Северную Землю. Плавание Северо-западным проходом в 1903—06 осуществил норвежец Р. Амундсен на «Йоа», он же в 1918—20 на судне «Мод» обогнул с С. Евразию. Все эти плавания проходили с зимовками.

Первые полёты над Арктикой в поисках затерянных во льдах экспедиций Седова, Брусилова и Русанова совершил в 1914 русский военный лётчик И. И. Нагурский.

Новую эпоху в изучении и освоении Арктики открыла Октябрьская революция. Впервые советские арктические исследования начали вестись планомерно с использованием ледоколов , авиации, радио и других технических средств. В 20-х гг. большие исследования в Арктика были проведены Плавучим морским научным институтом (Плавморнин), Северной научно-промысловой экспедицией, Полярной и Якутской комиссиями АН СССР. С 1930 по 1935 многочисленные советские экспедиции на «Седове» под руководством О. Ю. Шмидта (1930), «Таймыре» — Арктика М. Лаврова (1932), «Русанове» — Р. Л. Самойловича (1932), «Садко» — Г. Арктика Ушакова (1935) провели большие и весьма ценные исследовательские работы на водных пространствах, расположенных между Гренландией, Землёй Франца-Иосифа, северной оконечностью Новой Земли и Сев. Земли. Было открыто много островов, мысов, заливов и проливов. В 1930—32 Г. Арктика Ушаков и Н. Н Урванцев впервые исследовали и нанесли на карту архипелаг Северная Земля. Экспедиция на «Сибирякове» (под руководством О. Ю. Шмидта) в 1932 прошла Северный морской путь за одну навигацию.

Этим было положено начало широкому освоению Северного морского пути. В 1933 было проведено первое опытное плавание по Северному морскому пути неледокольного парохода «Челюскин». В 1937 в районе полюса была организована первая дрейфующая станция «Северный полюс» («СП-1») под руководством И. Д. Папанина. В этом же году В. П. Чкалов, Г, Ф. Байдуков и А В. Беляков совершили первый трансарктический перелёт по маршруту Москва — Северный полюс — США. Вынужденный дрейф «Седова» (октябрь 1937 — январь 1940) (под командованием К. С. Бадигина) позволил провести цикл наблюдений совершенно неисследованной ранее части Арктического бассейна.

Большая часть водной поверхности Арктика в течение всего года покрыта плавучими льдами (ок. 11 млн. км2 зимой и ок. 8 млн. км2 летом). Толщина однолетних льдов 0,8—1,8 м, многолетних 3—4 м.Торосы обычно имеют высоту 3—5 м, в отд. случаях до 10—15 м. Встречаются айсберги и ледяные острова — оторвавшиеся участки шельфовых ледников (главным образом из района о. Элсмир). Ледяной покров существенно затрудняет мореплавание в арктических морях и делает их доступными для транспортных судов (как правило, в сопровождении ледоколов) лишь в течение 2—3 летних месяцев.

Значительная часть поверхности арктических островов и гор в пределах материковой части Арктика занята мощными ледниками, общая площадь которых превышает 2 млн. км2.Ледники покрывают от 30—40% (Новая Земля и Сев. Земля) до 83—90% (Гренландия, Шпицберген и Земля Франца-Иосифа) территории островов. Толщина ледников не превышает 700—1000 м (только в Гренландии до 3408 м при средней толщине 1515 м). Гл. районы оледенения сосредоточены в приатлантической более важной части Арктика: 1800 тыс. км2 в Гренландии, 56 тыс. км2в сов. части Арктика, 213 тыс. км2 на островах Канадского Арктического архипелага, Шпицбергене и на Аляске.

На островах преобладают ледники покровного типа: купола и выводные ледники; в горных районах (хр. Брукса, горы Бырранга и др.) — каровые и долинные. На Новой Земле и архипелаге Шпицберген частично развито также полупокровное (сетчатое) оледенение. На о. Элсмир, Земле Франца-Иосифа и Сев. Земле имеются небольшие шельфовые ледники. На побережьях характерной формой оледенения являются реликтовые и эмбриональные присклоновые ледники.

Особенностью суши Арктика является также широкое распространение многолетне-мёрзлых горных пород, характеризующихся большой мощностью (до 500 м),низкой температурой (ниже —10°С) и небольшим слоем сезонного оттаивания (не более 60—70 см).