Bildning av permafrost bestäms av värmeutbytet mellan luft och mark som i sin tur kontrolleras av en mängd faktorer som t ex lufttemperatur, luftfuktighet, snötäckets tjocklek och vegetationens sammansättning. Värmeutbytet påverkas även av flödet av värme från jordens inre, det geotermiska värmeflödet. En tumregel är att temperaturen i markytan normalt är cirka 3,5° C varmare än lufttemperaturen, men det kan skilja sig avsevärt beroende på olika lokala faktorer. Permafrostens utbredning är således starkt knuten till lufttemperaturen. Eftersom det i princip blir kallare och kallare ju längre mot polerna vi kommer finns det en zonering av permafrost. Längst i norr är permafrosten sammanhängande och djup, s.k. kontinuerlig permafrost. I arktiska Kanada innebär detta att den är 60-90 m djup nära den kontinuerliga permafrostens sydgräns och uppemot 500 m djup i norr. I Alaska och Kanada sammanfaller sydgränsen för den kontinuerliga permafrosten med gränsen för en årsmedeltemperatur på -6° C till -8° C. Söder om den kontinuerliga permafrosten finns områden där permafrosten på vissa ställen avbryts av ofrusna partier. Detta kallas diskontinuerlig permafrost och sydgränsen för denna sammanfaller med en årsmedeltemperatur på -1° C.
Med permafrost följer att mycket av det vatten som finns i marken är fast, dvs i form av is. Det är inte alltid så beroende på att vattnets fryspunkt varierar beroende på t ex salthalt och tryckvariationer. Detta innebär att det kan finnas ofruset vatten i marken i permafrostområden. Sådana ofrusna partier kallas taliks. Det är även så att det översta markskiktet i permafrostområden tinar sommartid. Detta översta marksskikt benämns aktivt lager. Tjockleken på det aktiva lagret bestäms av klimatet och markens termiska egenskaper. Det aktiva lagret reagerar normalt snabbt på förändringar i klimatet och mätningar tyder på att det aktiva lagrets tjocklek ökar på många ställen, vilket sannolikt hänger samman med den globala uppvärmningen. Smältning av permafrost kan ha flera orsaker som t ex skogsskövling, byggnation och förändringar av klimatet. Nedbrytningen av permafrosten har flera konsekvenser. Det mest synbara resultatet är marksättningar i samband med att markisen smälter. Detta leder till ett landskap med kullar och vattenfyllda sänkor som benämns termokarst. En annan mindre synbar effekt är frigörandet av metangas som funnits bundet i marken. Metan är en effektiv växthusgas och därmed bidrar smältningen av permafrost till förändringen av jordens klimat.
Många av de processer som kännetecknar marken i permafrostområden är knutna till det aktiva lagret. Att stenar växer ur marken, sk stenuppfrysning, och att marken genomgår volymförändringar, sk frosthävning och materialsortering är exempel på processer i det aktiva lagret. Speciella landformer är knutna till permafrost. Till de mer spektakulära hör sk pingos (se bild) och tundrapolygoner. Pingos (som betyder kulle på inuitspråk) är en mer eller mindre cirkulär kulle med en kärna av is.
Landmassorna påverkar
Från land tillförs stora mängder kemiska ämnen och partikulärt material till Arktiska oceanen med flodvattnet. Trots att Arktiska oceanens area är liten jämfört med Atlanten och Stilla havet är flodvattentillförseln drygt 10 % av vad som tillförs alla jordens hav, eller ca 100 000 m3 i medelvärde under hela året. Med flodvatten transporteras också många lösta kemiska ämnen som näringsämnen, löst oorganiskt och organiskt kol samt stora mängder partiklar av olika storlekar. En betydande mängd av de partiklar som kommer med floderna sjunker till bottnarna nära flodmynningarna och kommer där delvis att brytas ner av bakterier. Då tillförs överliggande vatten åter löst oorganiskt kol som bidrar med en transport av koldioxid från hav till luft. Men när organiskt material bryts ner tillförs ytvattnet också näringsämnen vilket ökar förutsättningarna för primärproduktion i shelfhaven och detta konsumerar koldioxid och bidrar därför till motsatt transport, från luften till havet.
En annan effekt av floderna är att efter islossningen har skett nära flodmynningen så tillförs havet en stor mängd varmt vatten som bidrar till ytterligare smältning av havsisen. Detta kan vara betydande i flodmynningarnas närhet och därmed ge för området lite speciella förhållanden för det marina livet.
Material tillförs även havet från land genom kusterosion. Denna kusterosion har alltid skett, men har under senare år ökat dels för att somrarna med smältförhållanden blivit lite längre och lite varmare, men till stor del för att det senare också medfört att havsisen lagt sig senare så att höststormarnas vågor har kunnat piska land i stället för havsisen.
Det mesta av nederbörden som faller ner över land, kommer för eller senare ut i havet via floderna. Tillförseln av flodvatten har en viktig påverkan på istäcket genom att det skapas ett lager med låg salthalt i ytan som gynnar isbildning (se också avsnittet: ” Havets påverkan på isen”).
