Das Klima der Polargebiete variiert stark in Abhängigkeit von der geografischen Breite, der Nähe zum Meer, der Höhenlage und der Topografie; dennoch haben sie alle bestimmte „polare“ Eigenschaften gemeinsam. Aufgrund der hohen Breitengrade ist die Sonnenenergie auf die Sommermonate beschränkt. Obwohl sie beträchtlich sein kann, wird ihre Wirksamkeit bei der Erhöhung der Oberflächentemperaturen durch das hohe Reflexionsvermögen von Schnee und Eis eingeschränkt. Nur im zentralen Polarbecken fällt die jährliche Nettostrahlung unter Null. Im Winter ist die Abkühlung durch Strahlung an der Oberfläche mit extremer Kälte verbunden, aber in Höhen von einigen tausend Fuß über der Oberfläche können oft Temperaturen gefunden werden, die 11 bis 17 °C wärmer sind als 20 bis 30 °F. Temperaturinversionen wie diese treten zu mehr als 90 Prozent der Zeit im Mittwinter in Nordwestsibirien und über einem Großteil des Polarbeckens auf. Sie sind auch über der grönländischen Eiskappe und in den geschützten Bergtälern des Yukon und Jakutiens verbreitet. Die niedrigste Oberflächentemperatur, die jemals in Nordamerika gemessen wurde, wurde in Snag, Yukon (-81 °F, -63 °C) beobachtet, und noch niedrigere Temperaturen wurden in Jakutien (-90 °F, -68 °C) und Nordgrönland (-94 °F, -70 °C) beobachtet.
Es ist üblich gewesen, die polaren Klimate in zwei große Gruppen zu unterteilen, die dem Klima der Eiskappen entsprechen, in denen keine mittlere monatliche Temperatur über 0 °C (32 °F) liegt, und die Tundraklimate, in denen mindestens ein Monat über 0 °C (32 °F), aber kein Monat über 10 °C (50 °F) liegt. Eine befriedigendere Unterteilung ist die Einteilung in polare Seeklimata, die sich hauptsächlich auf den nördlichen Inseln und den angrenzenden Küsten des Atlantiks und Pazifiks befinden, wo die Wintertemperaturen selten extrem niedrig sind und viel Schnee fällt, und die polaren Kontinentalklimata, wie im nördlichen Alaska, Kanada und Sibirien, wo die Winter intensiv kalt sind und im Allgemeinen wenig Schnee fällt. Zum polarkontinentalen Klimatyp gehören auch die Inseln des kanadischen Arktischen Archipels, die im Winter wegen des dicken, ungebrochenen Meereises nur wenig vom Meer beeinflusst werden. Neben diesen beiden Klimatypen gibt es kleinere Übergangszonen, begrenzte Gebiete des „Eisklimas“, das Klima des Polarbeckens und südlich der Baumgrenze die subarktischen Klimatypen.
In den polaren Kontinentalgebieten setzt der Winter im hohen Norden gegen Ende August ein, in der Nähe der Baumgrenze etwa einen Monat später. Die Temperaturen sinken bis etwa Dezember rapide ab. Im Januar, Februar und Anfang März herrschen einheitliche Bedingungen mit Durchschnittstemperaturen von etwa -35 °F (-37 °C) in der zentralen sibirischen Arktis und -30 bis -20 °F (-34 bis -29 °C) in Nordamerika. Die tiefsten Extremtemperaturen im Winter liegen zwischen -65 und -50 °F (-54 und -46 °C). Einen besseren Hinweis auf niedrige Temperaturen, wie sie sich auf den Menschen auswirken, gibt der Windchill, ein Maß für die Kühlleistung der Atmosphäre auf der menschlichen Haut. Er erreicht ein Maximum nördlich der Hudson Bay, wo starke und anhaltende Nordwestwinde, typisch für die kanadische Ostarktis, mit niedrigen Lufttemperaturen kombiniert werden. Dieses Gebiet ist im Winter stürmisch, mit mäßig hohem Schneefall (50 bis 100 Zoll ), schnell wechselnden Temperaturen und sogar gelegentlichem Regen. Anderswo ist das winterliche Kontinentalklima ruhig, mit langen Perioden mit klarem Himmel und geringem Schneefall. Die Sicht kann örtlich schlecht sein, wenn es offene Wasserkanäle im Meereis gibt, und sie ist generell reduziert, wenn der Wind Schneeverwehungen verursacht. Die geringsten Schneefälle gibt es in den polaren Wüsten der nördlichen kanadischen Inseln und Nordgrönlands, wo der jährliche Gesamtniederschlag häufig weniger als vier Zentimeter beträgt.
Der Winter in der maritimen Arktis (Aleuten, südwestliches Küstengrönland, Island und die europäische Arktis) ist eine Periode mit Stürmen, starken Winden, starken Niederschlägen in Form von Schnee oder Regen (letzterer auf Meereshöhe) und mäßigen Temperaturen. Die mittlere Temperatur des kältesten Monats liegt selten unter -7 °C (20 °F), und extrem niedrige Temperaturen sind unbekannt.
Die Sommertemperaturen sind in der gesamten Arktis einheitlicher. Am südlichen Rand erreicht die monatliche Durchschnittstemperatur 50 °F (10 °C), und in kontinentalen Lagen sind kurze Hitzeperioden mit Temperaturen in den 80ern F (27-32 °C), kontinuierlichem Sonnenschein und ruhigem Wetter nicht ungewöhnlich; solches Wetter endet oft mit Gewittern. In den maritimen Klimazonen, entlang der Küsten und auf den nördlichen Inseln, wenn es offenes Wasser im Meereis gibt, ist der Sommer relativ kühl. Im Süden liegen die Temperaturen bei etwa 7 °C (45 °F), im Norden sinken sie auf 4 °C (40 °F) oder weniger; ein Maximum von 16 °C (60 °F) wird kaum erreicht, außer an den Spitzen der Fjorde wie im Südwesten Grönlands, wo die maritimen Einflüsse weniger stark sind. Nebel und niedrige Wolken sind in den maritimen Gebieten weit verbreitet, und zu dieser Jahreszeit sind diese Gebiete die wolkenreichsten der Welt. In Ländern, die kontinentale Winter erleben, ist der Niederschlag in den Sommermonaten am stärksten; leichte Regen- und Schneeschauer sind häufig, aber der durchschnittliche Niederschlag ist gering. Der Sommer ist überall eine Zeit der plötzlichen Veränderungen. Ruhiges, klares Wetter mit Sonnenschein und Temperaturen von etwa 10 °C (50 °F) wird von plötzlichen Winden abgelöst, die oft einen Temperaturabfall von 11 bis 17 °C (20 bis 30 °F) verursachen und von Wolken und Nebel begleitet werden.
Frostfreie und Wachstumsperioden sind in der gesamten Arktis relativ kurz. Größtenteils gibt es keine wirklich frostfreie Periode; Frost und etwas Schnee wurden in jedem Monat des Jahres registriert. An einigen wenigen Orten in der Nähe der Baumgrenze, vor allem in der kanadischen Westarktis, kann die frostfreie Periode die gleiche sein wie in den ungünstigeren Teilen der Prärie.
Südlich der Baumgrenze in der Subarktis sind die Unterschiede zwischen kontinentalen (Mackenzie Basin, Yukon im Landesinneren, Alaska und Nordostsibirien) und ozeanischen (Nord-Quebec-Labrador, Nordskandinavien und Nordrussland) Situationen deutlich. Ein sommerliches Niederschlagsmaximum und häufige Hochsommertemperaturen (Juli-Mittelwerte über 60 °F in Nordostsibirien) in den kontinentalen Regionen stehen stärkeren Niederschlägen, oft mit einem Herbstmaximum, und niedrigeren Sommertemperaturen in den ozeanischen Regionen gegenüber.
Der zentrale polare Ozean, zusammen mit dem Beaufort- und dem Ostsibirischen Meer, haben Winter, die mit denen in Nordalaska und Nordostsibirien vergleichbar sind. Hier herrschen über längere Zeiträume hinweg stabile Bedingungen mit geringen Windgeschwindigkeiten, klarem Himmel – vor allem an der Grenze zu Sibirien – und Temperaturen von -20 bis -40 °F (-30 bis -40 °C). Gelegentliche Stürme, die ihren Ursprung in der Barents- und Beringsee haben, können in die angrenzenden Sektoren des Polarbeckens eindringen und einen vorübergehenden Temperaturanstieg mit Schnee oder Schneeverwehungen mit sich bringen. Im Winter gibt es im zentralen Polarbecken eine vernachlässigbare Fläche (weniger als 1 Prozent) mit offenem Wasser; ab April steigen die Lufttemperaturen an, bis im Juni das Schmelzen des Schnees und des darunter liegenden Meereises beginnt. Die mittleren Sommertemperaturen steigen nicht über 34 °F (1 °C) und werden von einer fast durchgängig niedrigen Wolkendecke und Nebel begleitet.
Das einzige ausgedehnte Eisklima auf der Nordhalbkugel ist in Grönland. Im Süden hat das Klima des Inlandeises maritimen Charakter mit starken Niederschlägen, vor allem Schnee von vorbeiziehenden Wirbelsturm-Störungen. In der Mitte und im Norden entwickelt sich eine kontinentale Situation, und die Schneefälle sind geringer. Obwohl die Lufttemperatur manchmal bis auf 0 °C (32 °F) ansteigen kann, ist die mittlere Temperatur viel niedriger als im Süden. Starke Winde, die von der Eiskappe wehen, sind in allen Teilen der Insel üblich.
Die Beweise aus den Gletscherschwankungen deuten auf erhebliche klimatische Veränderungen in den polaren Breiten im letzten Jahrtausend hin. In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts kam es in der Arktis zu einer Klimaverbesserung, wobei vor allem im Winter und besonders um die Norwegische See höhere Temperaturen festgestellt wurden. Im Allgemeinen nahm das Ausmaß der Erwärmung mit der geografischen Breite zu, und in Svalbard stiegen die Wintertemperaturen um 8 °C (14 °F). Verbunden mit den klimatischen Veränderungen war ein radikaler Rückgang des Meereises um Spitzbergen und vor Südwestgrönland.
Vögel, Tiere und vor allem Fische tauchten weiter nördlich auf als zuvor; in Grönland führte dies zu einer Veränderung der Wirtschaft, da die traditionelle Abhängigkeit von Robben einer Abhängigkeit von der Fischerei wich, vor allem von Kabeljau, der nördlich des 70sten Breitengrades gefangen wurde.
In den frühen 1940er Jahren kam es jedoch zu einem Rückgang der polaren Temperaturen. Diese weit verbreitete klimatische Abkühlung setzte sich mit Unterbrechungen bis in die frühen 1970er Jahre fort. Zu dieser Zeit blieb das Meereis in der östlichen kanadischen Arktis zum ersten Mal seit Menschengedenken im Sommer aus den Küstengebieten verschwunden. Eine Umkehr dieses Trends folgte in den nächsten zwei Jahrzehnten, wobei die auffälligsten Temperaturanstiege in den Gebieten nördlich des Pazifiks und rund um die Barents- und Grönlandsee auftraten (eine Veränderung der Jahrestemperaturen um +2,7 °F).
Die Ursache für die Veränderungen ist nicht bekannt, obwohl sie direkt aus dem verstärkten Eindringen von Südwinden in die Polargebiete resultieren.