북극해의 환경 변화는 해양 생태계뿐만 아니라 사람들의 생활에도 직접적인 영향을 미친다. 해양 생태계 연구는 인류가 환경 변화에 대비하고 적응할 시간을 가질 수 있도록 지구 환경 변화에 조기 경보 시스템을 구축하는 연구 분야이다.

북극해에 서식하는 해양 생물들은 저온 환경에서 진화해 왔다. 따라서 지구온난화의 빠른 진행은 해양 생물 군집의 유전학적, 분류학적, 기능적 특성에 영향을 미칠 가능성이 매우 크다. 지구온난화는 해양 생물들의 서식지와 먹이에 변화를 가져올 수 있으며, 변화에 적응하지 못한 생물은 멸종 위기를 맞을 우려가 있다.

예를 들면, 저위도의 따뜻한 해역에서 서식하던 해양 생물들이 수온의 증가로 인하여 따뜻해진 북극해역으로 서서히 이동하는 현상들이 관찰되어 지고 있다. 그러면 북극해의 고위도 해역에서 살고 있던 해양 생물들은 새로 유입된 종들과 먹이와 자원을 놓고 경쟁해야 하는 상황에 놓이게 된다. 경쟁에서 뒤쳐진 종들은 수가 줄어들거나 아예 사라질 것이다. 결과적으로 북극 해양 수온의 변화는 북극의 해양 생태계에도 급격한 변화를 가져올 수 있다.

또한 전 지구적으로 이산화탄소 배출량이 급격히 늘어나면서 북극해는 해양 산성화가 진행되고 있다. 이산화탄소는 차가운 물에 더 잘 녹는 성질을 가지고 있어서 북극해를 덮고 있던 해빙이 녹아 없어지면 이산화탄소의 흡수가 쉬워지게 되고, 산성화가 가속화되면서 북극해 바닷물은 부식성을 띠게 될 것이다. 이는 곧 연체동물인 어패류의 성장과 생존을 어렵게 하고, 이들을 먹이로 살아가는 해양 생물들에게도 위기가 된다. 즉, 바닷물의 산성화는 북극해 해양생태계의 먹이연쇄에 큰 영향을 미치게 될 것이다.