Характерные особенности органического мира Северного Ледовитого океана объясняются своеобразием его формирования в суровых природных условиях. Эти особенности заключаются в относительной бедности видового состава флоры и фауны, которая возрастает с запада на восток в Евразийском секторе, в наличии общих видов с Атлантическим океаном и Тихим океаном в прилегающих к ним акваториях и в небольшом количестве эндемиков (всего 18% видов).
Флора и фауна океана представлены немногим более чем 3 000 видов, из которых лишь 540 являются эндемиками. Качественное разнообразие и биологическая продуктивность очень различны: наибольшие — в приатлантических акваториях, наименьшие — в центре Арктического бассейна. Обеднение флоры и фауны в Евроазиатских морях наблюдается с запада на восток от Норвежского и Баренцева морей к Чукотскому. В море Бофорта разнообразие видов возрастает благодаря проникновению в него тихоокеанских видов.
Вертикальное распределение организмов на шельфе сибирских и европейских морей в собственно Арктическом бассейне и в эстуарно-арктических водах неодинаково. В верхней части шельфа до глубины 2-5 м биомасса в 2-3 раза больше, чем на глубине 10-20 м. Труднодоступность, суровость климата, наличие льдов, сложность организации работ до сих пор не позволяют дать полную характеристику органического мира Ледовитого океана, так как условия существования живых организмов в центральных частях резко отличаются от окраинных морей (особенно шельфа), где они более или менее хорошо изучены.
Фитопланктон состоит из более чем 240 видов. В водах Северного Ледовитого океана только 18 видов водорослей — чисто арктические. Наибольшее количество водорослей в Гренландском море (на западе — 153 вида, на востоке — 143), наименьшее — в море Лаптевых (всего 16). Наиболее широко представлены дистомея, ламинария и фукусовые.
Преобладающим видом зоопланктона являются рачки (копеподы). В Баренцевом и Белом морях есть несколько видов моллюсков и ракообразных. В морях Северного Ледовитого океана обитает более 150 видов рыб, часть из которых имеет промысловое значение.
В Баренцевом море обитают треска, пикша, палтус, морской окунь, сельди, сайра. Кроме того, здесь есть 5 видов пресноводной ихтиофауны: хариус, щука, плотва, гольян-пеструха и подкаменщик. Ихтиофауна Белого моря имеет сходство с прилегающими участками рек (Северной Двины, Мезени, Онеги). Рыбы, обитающие в Карском море, представлены как европейскими, так и сибирскими видами. Здесь проходит восточная граница ареала семги, ледовитоморского сига, щуки, западная граница сибирских ряпушки, хариуса и гольца. Эндемиков здесь нет. В море Лаптевых обитают горбуша, восточносибирский хариус. В Восточносибирском море вылавливают язя, золотистого карася, налима. Эндемиками являются голец Черского и юкагирский сиг. Ихтиофауна Чукотского моря изучена слабо, известны чавыча, сибирская ряпушка и черная рыба (даллия). Для морей, проливов и заливов Американского сектора океана характерны 17 пресноводных видов, тождественных сибирским и тихоокеанским: сибирский осетр, минога, кета, горбуша, азиатская корюшка и др. Многие виды живут в соленых водах морей, а нерестятся в пресных водах рек.
Из млекопитающих, обитающих в водах океана, наиболее широко представлены ластоногие: тюлени (ларга, обыкновенный европейский, нерпа), моржи.
Все ныне обитающие виды предпочитают холодную воду, их жизнь связана с морскими льдами. Предполагают, что тюлени родом из Северной Атлантики, но, возможно, некоторые виды пришли по рекам. Есть мнение, что все ластоногие как изначально арктические виды — холодостойкие животные.
Другие млекопитающие арктических морей: в Чукотском море — кит нарвал (единорог), в Гренландском море — гренландский кит. У берегов Аляски существует одно из самых богатых «пастбищ» для серых китов (в районе пролива Лонга и мыса Барроу). Серые калифорнийские киты (чукотская популяция) постоянно делают многокилометровые переходы к летним «пастбищам» Северного Ледовитого океана. Широко распространены полярные дельфины-белухи. На островах и льдинах обитает самый крупный хищник Северного полушария — «вечный странник» белый медведь. С прибрежной акваторией океана тесно связана жизнь обитателей скал — птичьих базаров, где сформировались огромные популяции рыбоядных птиц — чаек, кайр, тупиков («северных попугаев»), гаги.
Для эстуарно-арктических регионов с особыми условиями характерна и собственная фауна. Так, например, в Янском заливе, площадь которого 32 тыс. км2, из-за мощного твердого стока реки, донных отложений (илы и пески), значительной мутности воды, колебания солености от 2%о на поверхности до 15-21%о у дна. Фауна приустьевых участков бедна.
Донная фауна центральной части Северного Ледовитого океана и его краевых морей оригинальна и самобытна, она выделяется в самостоятельную Арктическую зоогеографическую область. Положение ее границ обусловлено рельефом дна и системой течений. На востоке — у Берингова пролива и на западе — в Баренцевом море преобладают бореальные виды. В центральной части состав значительно беднее: шестилучевые кораллы, брахиоподы, крабы, раки-отшельники, моллюски.