Con gấu Bắc Cực đực trưởng thành nặng từ 400 đến 600 kg và đôi khi nặng hơn 800 kg. Con cái có kích thước bằng khoảng một nửa con đực và thông thường cân nặng 200–300 kg. Con đực trưởng thành dài khoảng 2,4 đến 2,6 m; con cái là 1,9 đến 2,1 m. Con gấu Bắc Cực to nhất từng được ghi nhận cân nặng 1002 kg và đứng cao 3,39 m.

Gấu Bắc Cực là một ví dụ tiêu biểu của một động vật hoàn toàn thích nghi với môi trường. Chúng được nhận ra rất nhanh bởi màu lông trắng của chúng. Không giống như các loài động vật có vú khác sống gần vùng cực, chúng không bao giờ rụng lông để trở thành sẫm hơn trong mùa hè. Lông của chúng không phải là màu trắng, nó là không màu và rỗng, giống như tóc trắng ở người. Một đặc thù thú vị của lớp lông gấu Bắc Cực là chúng xuất hiện với màu đen khi chụp ảnh bằng ánh sáng tím. Một số người cho rằng điều này là do lông của chúng truyền ánh sáng tới lớp da màu đen của gấu để giữ cho nó đủ ấm trong mùa đông lạnh lẽo không có mặt trời. Tuy nhiên, các phép đo chứng tỏ rằng lông của chúng hấp thụ rất mạnh các tia tím và cực tím. Điều này giải thích tại sao da chúng thông thường có màu vàng. Đôi khi có những con gấu Bắc Cực có màu khác. Tháng 2 năm 2004, hai con gấu Bắc Cực ở vườn thú Singapore có màu lục do kết quả của tảo mọc trên các ống lông rỗng của chúng. Người phát ngôn của vườn thú nói rằng tảo được sinh ra do điều kiện thời tiết nóng và ẩm của Singapore. Chúng đã được tẩy bằng dung dịch peroxid để phục hồi màu lông cũ của chúng. Loại tảo tương tự cũng đã mọc trên lông của ba con gấu Bắc Cực ở vườn thú San Diego mùa hè năm 1979. Chúng được điều trị bằng dung dịch nước muối.

Ngoài bộ lông có tác dụng ngụy trang và không thấm nước, gấu Bắc Cực còn có lớp mỡ dày đến 10 cm giúp giữ ấm cơ thể, ngay cả khi nhiệt độ xuống tới -40 °C. Chúng không có lông mi, vì lông mi có thể gây đóng băng trên mắt khi nhiệt độ dưới 0 °C. Thay vào đó chúng có lớp màng mí mắt thứ ba, giống như của mèo, giúp cho chúng không bị chói băng và chói tuyết. Gấu Bắc Cực cách nhiệt rất tốt khi chúng nóng quá 10 °C (50 °F). Việc cách nhiệt này rất hiệu quả, khi quan sát bằng camera hồng ngoại thì chúng là không nhìn thấy. Chỉ có bàn chân của chúng bức xạ ra đủ nhiệt để có thể phát hiện được.