分类、演化与生理构造
北极熊是熊科熊属动物。科学家已有共识并认为北极熊是由棕熊演化出来，但对于演化的时间点还存在争议。过去大部分的科学家认为北极熊是最现代的熊，约15万年前演化出来，但新的DNA技术令有些科学家认为它们是在约60万年前演化出来。北极熊能与棕熊杂交出有生育能力的后代，尤其北美洲的棕熊亚种灰熊在野外会与北极熊杂交出介于两者间的灰北极熊（Ursus maritimus × Ursus arctos），基因分析显示两者仍不时发生基因交流，使得灰熊成为了与北极熊关系最亲近的棕熊亚种，这也意味着北极熊与棕熊之间还未形成完整的生殖隔离。
也有科学家认为，不同区域间的北极熊，基因几乎变化性不够大，因此在面临气候变迁的危机，北极熊缺乏多样性的基因，容易导致他们全面性灭绝。
北极熊的皮肤其实是黑色，透明的毛发在阳光及冰层的反射下看起来是白色，使牠们能够在冰层上悄悄的跟踪并突袭猎物。由于毛发是保暖的关键，当毛发脏污、或因下水而沾有盐分时，会影响其保暖的效能，因此北极熊一般都会注重整理毛发。母熊会仔细地舔拭、整理小熊的皮毛，成熊则用全身抖动、雪地上打滚、找淡水水源清洗自己的方式来维持清洁。
由于小熊的脂肪层不够丰厚、散热体积比率大，在水中容易失温，因此母熊会尽可能不让小熊入海。当母熊因为周边海冰不够、食物来源不足、而被迫必须长泳觅食时，跟在母熊后的小熊，往往会溺死在海中。
由于北极熊在几十万年间已发展为在极端酷寒中，依旧可以有效率保温的体质，牠们的皮毛会有效锁住热气、让体热不致流失，少数的热量、只能从四肢的脚掌及脸部散逸，因此在天气暖化的过程中，也容易造成过热死亡。
北极熊的身体结构，让牠们可以在捕获猎物后、可以在半个钟头内吃下体重约10%的食物，并在一顿吃下约20%体重的食物 。因此在狩猎丰硕时，可快速让体重飙高。而在长期间缺乏食物，尤其八九月间、等待海冰重新凝结时，可本能地降低活动量、以减低热量消耗。大幅度的体重改变、加上近乎全脂肪的饮食型态，却不会像人类般造成心血管疾病或糖尿病等问题。 研究者针对棕熊和北极熊的一项比较基因组学研究，发现北极熊的毛色改变和高脂肪饮食，都在基因水平有所体现。它们与脂肪运输和脂肪酸代谢相关的基因发生了功能性变异，其中最典型的是编码所谓“坏胆固醇”的低密度脂蛋白主要蛋白质成分的APOB基因。这些变异使得它们能够适应高脂肪的饮食，而不会像人类一样，罹患动脉硬化或心血管疾病等肥胖病。这些基因或许对我们了解及治疗人类相关的高脂肪食物和心血管疾病有启发。