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冰是极地大部分地区的主要表面覆盖物。在南极地区，冰层覆盖了南极洲、格陵兰岛和零星的小区域，约 1 550 万km 2 。在北极地区，北冰洋的大部分地区全年都被冰覆盖，冬季更是如此。该地区的湖泊、河流、海湾和海洋在一年中大部分时间也被冰覆盖。在极地有两种冰：冰川与海冰，它们的形成环境和条件均不同。海冰是直接在海里冻结形成的，溶化后都是咸水；相反，冰川则是由邻近海边的冰河里面的大冰块掉入海中形成，或由压实的雪逐渐形成，所以溶化后是淡水。
冰川是极地景观的显著特征。它们在北极约占 425 000 km 2 ，主要出现在加拿大北极群岛（约 150 000 km 2 ）；格陵兰冰原周围（约 89 000 km 2 ）；斯瓦尔巴群岛、新地岛和法兰士约瑟夫地群岛（约 85 000 km 2 ）；阿拉斯加（约 87 000 km 2 ）。部分冰川冰是由压实的雪形成的，如果降雪量和累积量超过融化、径流和蒸发损失的量，就会开始累积。只要年复一年地累积，新的层就会被添加进去。渐渐地，上面积雪的重量开始压实下层，冰川冰开始形成。当降雪量小于流失到大气中或融化和径流的量时，冰川就开始消融或缩小。
冰川就像水一样能够流动，只是速度很慢。它们有一个核心或中心，通常是冰最深的地方。在冰穹的重量和压力下，冰块向外移动。这个过程类似一种冰冻的浓稠液体（如糖浆）在一个平面上慢慢向外流动。从理论上讲，在所有方向应具有相同的速度。然而，在现实中，地形在冰川移动的方向和速度上起着重要作用。山脉和山谷、坡度和重力等特征都会影响冰川流动。当冰川流入大海时，大块的冰会断裂，这个过程被称为冰解，是冰山的来源。这些巨大的冰块经常被洋流卷进海洋航线。就像一块冰块几乎淹没在一杯液体中一样，冰山也淹没在海洋中，它们只有大约八分之一的质量在水面上，其余的都在水下，这是一种潜在的危险。冰川包含了地球上 75％的淡水。科学家们知道，在上一个冰河时代，将近三分之一的陆地被冰川覆盖，海平面比现在低 120～140 m。如果现存的冰川融化，海平面将再上升约 70 m。包括世界上大部分大城市在内的低洼地区的结果将是灾难性的。这只是地理学家和其他学者对地球变暖的诸多担忧之一。
海冰覆盖是极地的一个关键环境因素，在全球和区域气候变化研究中起着至关重要的作用。就覆盖面积而言，海冰是最广泛的，分布于北冰洋的大部分区域及南极洲周围的海洋。在北极，海冰的面积和厚度随季节变换而变化。每年冬末，当海冰量达到最大时，其边缘能达到北纬 60°左右；而在夏季，海冰会向两极不断退缩。
极地海冰的形成环境复杂，在空间和时间上具有高度的特异性。不同于淡水结冰，海水结冰时海冰内部会形成许多盐囊和盐通道。当平均盐度为34.5 psu 的海洋表面冷却到约 1.8℃时，冰开始形成。最初，一种被称为冰针或油脂状冰的微小冰晶在水面上形成。在平静的条件下，“第一年冰”冻结在一起，形成连续的透明薄冰，称为暗冰。水分子在暗冰的底部结冰，这个过程被称为凝冻，随着暗冰变厚，先是变成灰色，然后变成白色。冰面由于下层冰晶的扩展而不断变厚，海水中的盐分从冰晶中析出，聚集到盐囊、盐通道中，形成了独特的低温高盐的卤水环境。随着温度的降低，盐囊体积逐渐缩小，更多盐分析出到卤水中，盐囊中卤水的盐度随着海冰温度的降低而升高。这些细小的冰晶在海洋的作用下不断聚集生长，从而形成薄的冰片。在海冰区域的边缘，这些冰片的直径大约只有几厘米，而在海冰的中间区域，这些冰片的直径可达到 3～5 m，厚度约为 50～70 cm。这些冰片结合成浮冰，最后形成冰板或大的浮冰块，漂浮在海面上。海冰能浮在海面上是因为在 0℃时其密度约为 917 kg／m 3 ，而水的密度为 1 000 kg／m 3 。
对于海冰的分类有很多种。根据海冰形成的方式，科学家们确定了三种主要类型：第一年冰、多年冰和固冰，每一种都有不同的物理特征。第一年冰由分离的海上浮冰碎片组成，这些漂浮的薄冰会移动，可能会被引线或开阔水域分开。多年冰是由许多浮冰经过长时间的聚集形成的，只留下很少的开阔水域。固冰（也称为大陆架冰）是一种固定的冰，当温度定期下降到冰点以下时，从海岸线向外生长。
根据海冰的运动状态可分为流动冰和固定冰。流动冰是指漂浮于海面上能随海风和洋流自由漂移流动的海冰。固定冰是与大陆架或海岛陆地紧密结合在一起的海冰，不会随海风或洋流移动。根据海冰生长过程中冰层厚度的不同，流动冰又可分为初生冰、饼冰（直径＜3 m，厚度≤5 cm）、皮冰（直径＜3 m，厚度≤5 cm）、板冰（厚度为 5～15 cm）、薄冰（厚度为 15～30 cm）和厚冰（厚度＞30 cm）。根据形貌结构的不同，固定冰又分为冻结在海岸上的沿岸冰、散落在海浅滩上的搁浅冰和冰脚。
根据海冰形状的不同，可分为平整冰、重叠冰、堆积冰、冰丘和冰山。
根据海冰冰量的不同，可分为无屏蔽水域、稀疏冰、疏散冰和固结冰。海冰的冰量是影响船舶冰区航行的重要因素之一，其主要是指航道中海域的海冰覆盖率。尤其是在冰情警告和冰区天气预报中，可以通过海冰覆盖率来表述冰区海域的冰量，判断船舶航行时的难易程度。无屏蔽水域是指海冰覆盖率小于1／10，船舶可自由通航；稀疏冰是指海冰覆盖率介于 1／10 和 5／10 之间，船舶需根据冰况改变航行方向；疏散冰是指海冰覆盖率介于 5／10 和 10／10 之间，船舶若无破冰船协助破冰则难以单独航行；固结冰是指海域 100％被冰覆盖而形成的巨大冰原，船舶无法航行。
在极地海域，厚厚的冰层限制了航行。但随着极地气温的不断升高，北冰洋可能很快就会形成一条有价值的黄金航道。尤其对位于北半球的我国而言，走北极航道可以大大缩短航线距离，节省大量人力物力。当船舶从开阔水域进入冰区时，首先要经过一个海水海冰过渡区域，称为极地冰缘区，该区域的海冰主要以碎浮冰的状态存在。在靠近冰缘区域边界约 60 km处，冰块的尺寸小而均匀，直径约为 0.1 m；进入冰缘区约 190 km处，这一区域的冰块增大至直径0.5～8 m；再向冰缘区深处航向大于 190 km处，冰块的尺寸会突然增大至直径100 m甚至更大。各类需要在极地冰缘区航行的极地破冰船、极地科考船、冰区运输船等船舶的航行性能是研究工作的重点。海冰的形状尺寸、物理性质、与海浪的相互作用都会极大地影响船舶结构及其服役材料的安全性和稳定性。
复杂冰情是极地船舶航行中的重要不确定因素，而冰阻力作为船舶及海洋工程结构安全运行的关键环境载荷，极易造成船体结构失效、服役材料冰激疲劳和航行冰困等工程安全问题。海冰对船体的反复冲击和摩擦会严重破坏外壳表面涂层从而加速船体腐蚀损坏，暴露在极地海洋环境中的低温钢基体也会遭受恶劣环境的侵袭。当船舶在冰区航行时，冰层断裂和海上漂浮的碎冰都会对行驶中的船舶产生作用力，这个力在纵向上的平均值就是冰阻力。冰阻力不但直接影响船舶在冰区的破冰能力，更是船型设计优化及服役材料选择的重要依据。从研究冰阻力的角度可以把海冰分为平整冰和浮冰，在平整冰的环境下，冰阻力由破冰阻力、浸没阻力和滑行阻力组成，其中破冰阻力所占比重最大；在浮冰环境下，冰阻力由破冰阻力、清冰阻力和浮冰阻力叠加而成，其中浮冰阻力所占比重较大。海冰对船舶的破坏作用是一个复杂的动态过程，冰块材料的特性（形状大小和密度）、船体形态、船舶航速等参数都会影响冰阻力。在船舶与海冰相互作用的过程中，船舶材料的失效模式包括挤压、弯曲断裂、蠕变、剪切、开裂和混合模式几种。其中，挤压和弯曲断裂的发生概率总体上多于其他失效模式。研究表明，在船舶与冰的接触过程中，55％的时间船舶没有受到冰载荷的作用，31％的时间发生复合断裂，9％的时间发生蠕变，4％的时间发生弯曲断裂，1％的时间发生挤压。因此海冰对极地冰区航行船舶及海洋工程的影响还需要深入而具体的研究，包括模型试验、模拟仿真与实船检测等。