主条目：北极探险
早期的北极探险
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十六世纪北欧海图上的图勒大地
人類很早就开始了对北极地区的探索。早在公元前325年，一位叫做皮西亚斯的商人、航海学家就为了寻找锡和琥珀的原产地而驾船北上。据他自己的记载，现今的推测是他到达了现在的不列颠群岛（记载中称为“普乐塔尼群岛”(Isles of Pretani)），然后继续北上，来到了传说中的图勒大地（Thule）。他的记载中提到：图勒旁边的地方“由既不是水也不是空气的物质组成，或者说是前两者的混合”，“陆地和水都悬浮着，既不能踏足也不能航行”，“太阳落下两三个小时后又会升起来”[46]。现今的研究者据此认为，皮西亚斯应该已经很接近北极极圈了[47][48]。
在希腊人之后，北欧人也开始了对北方的探索。爱尔兰的僧侣们在公元800年之前可能就已经来到了冰岛。公元860年之后，古代挪威人也开始踏足冰岛。公元982年左右，红胡子埃里克发现了格陵兰大陆。之后，格陵兰陆续迎来了一批批的移民。居民建立了教堂，并开始与欧洲通商[49]。
十六至十八世纪的探索：西北航线与东北航线
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十六世纪之后，马可·波罗的游记和新大陆的发现使得欧洲各国燃起了对神秘而遍地财富的东方的巨大憧憬。然而，南方的海上航线被西班牙和葡萄牙牢牢掌握，来往航行的船只都要被征以重税。为此，英国与荷兰都希望能够开通一条经过西伯利亚海岸到达远东的航线（东北航线）。1553年，英国派出三艘船前往探索东北通道，但只有一艘船到达莫斯科，受到沙皇的盛情款待。之后的30年里，经过另两次失败的尝试后，英国放弃了打通东北航线的希望。与此同时，英国商人马丁·弗洛贝舍开始了西北航线的尝试，并在格陵兰发现了所谓的金矿（后来证明是黄铁矿）。数年之后，英国航海家约翰·戴维斯继续尝试与格陵兰的因纽特人接触，并到达了北纬72°的地方[49]。
西北水道
荷兰的北极探索主要集中在东北航线。1594年至1596年，威廉·巴伦支三次率船队出航，发现了斯匹次卑尔根群岛，而且到达北纬79°49′的地方，但巴伦支也死于最后一次航行中[49][50]。
十七世纪时，捕鲸业的兴起使英国重新掀起探索西北通道的热潮。其中亨利·哈德孙发现了以其命名的哈德孙湾[51]。
十七世纪也是俄罗斯快速扩张的时代。俄罗斯人在和北极居民的毛皮交易中大肆获利。1648年，哥萨克首领德兹涅夫进入北冰洋沿岸收集黑貂皮、熊皮等珍贵毛皮，绕过亚洲的东北角，穿过白令海峡，直下太平洋，第一次证明了欧亚大陆和美洲大陆是由一个海峡分开的，但他的发现没能回到莫斯科[49]。1725年，彼得大帝任命丹麦人维他斯·白令为俄国考察队长，去“确定亚洲和美洲大陆是否连在一起”。在完成任务的过程中，白令跨越了白令海峡，达到了北美洲的西海岸，发现了阿留申群岛和阿拉斯加[52]。
十九世纪：科学考察与征服北极点的竞赛
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约翰·富兰克林爵士
进入十九世纪后，完成工业革命的英国开始了新一轮的北极探险。1831年6月1日，英国探险家约翰·罗斯和詹姆斯·罗斯发现了北磁极。1845年，著名北极探险家约翰·富兰克林爵士率领两艘当时最先进的探险船向北极进发，然而却一去不复返。[53]富兰克林的失踪震惊了英国社会。从1848年起的十几年里，共40多个救援队涌进了北极地区搜索富兰克林的踪迹。搜救行动不仅查明了富兰克林船队遇难的原因，也极大地丰富了关于美洲北极地区的地理知识，对北极地区的洋流和冰盖漂流现象有了更多的认识。探险家们认识到，只有向北极地区的本地居民学习，才有可能更好地适应当地的环境。[49]
十九世纪后期，美国也开始加入到北极探险的队伍中。谁先到达北极点的竞赛达到高潮，同时美国开始在北极地区建立科学考察站。1881年至1884年，第一个国际极地年计划开展，这是人类史上第一次对北极地区进行系统性的科学考察活动，取得了大量关于北极地区的科学资料和数据[54]。1878年6月，芬兰裔的瑞典探险家阿道夫·艾里克·诺登舍尔德（诺登舍尔德男爵）率领一个由共30人的国际性探险队，乘坐探险船“维加号”出发，经历了一年的时间，首次从西到东打通了东北航线[55]。1905年，后来征服南极点的挪威探险家罗阿尔德·阿蒙森成功地打通了西北航线[56][57]。
1893年，基于北极浮冰向西漂移的假设，挪威探险家弗里乔夫·南森首次提出以漂流的方式向北极点进发的方法，并率领“弗瑞姆”号开始了为期3年的航程，期间最远到达了北纬85°55′的地方[58]。
皮尔利与船员们在“罗斯福”号前合影
1905年至1909年，美国人罗伯特·皮尔利经过三次努力后，宣称到达了北极点。但不久后皮尔利的旧伙伴库克声称自己才是最早到达北极点的人。争论至今未有结论[59]。
二十世纪的北极探险与科考
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北极点的竞赛结束后，各种挑战极限的壮举并未停止。二十世纪开始了飞行器的时代。1926年，罗阿尔德·阿蒙森、美国的爱尔斯沃斯和意大利的飞艇设计师诺比尔第一次驾驶可操纵的飞艇降落在北极点。1978年，日本孤身探险家植村直己乘狗拉雪橇完成了人类历史上第一次只身到达北极点的壮举。1986年，法国医生爱提厄完成了第一次靠人的体力独身滑雪到达北极点[58]。
此外，进入二十世纪以后，随着科技手段的提高，人类针对北极地区的科学考察愈加频繁。大量的科考观测站在北极地区建立。主要的大型科考活动有1932年8月1日～1933年8月31日的第二个国际极地年活动以及1957年7月1日～1958年12月31日的国际地球物理年。2007至2008年的第三次国际极地年使得人类对北极地区的自然环境以及极地与地球其它地区之间相互作用和关联有了更加深刻的认识[60]。
不同于以往只能通过船只和陆路方式探索，二十世纪后的科考还通过飞机和潜艇来完成。1958年，美国的核动力潜艇“诺特拉斯”号第一次从冰下穿过了北极点。1959年，美国“斯凯特”号潜艇第一次在北极点冲破冰层浮出冰面。破冰船的发明也使水路到达北极点成为可能。1977年，前苏联的破冰船“北极”号破冰航行，第一次冲破冰层到达北极点[58]。
极地卫星观测起始于美国1960年的极地轨道环境卫星计划(POES)。1960年4月1日发射的泰罗斯一号气象卫星(TIROS-1)是第一颗成功的极轨气象卫星。泰罗斯一号以及其后发射的极轨气象卫星为研究北极的气候、北冰洋海底地貌、北极洋流以及北极冰盖提供了大量的数据资料。[61]
日本北极考察
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日本是最早在北极展开探险考察的亚洲国家。日本的北极探险和科考始于1921年。1921年至1923年的三年中，日本每年都有一次对北冰洋的探险，分别是1921年日本水产工会的“鹏丸号”，1922年的特务舰“胶州号”以及1923年日本水产局的“白凤丸”号。1936年和1937年，水产局的“快风丸”号在北冰洋发现了鲸群。七十年代后，日本对北极进行了多次科考活动。1978年3月5日，日本人植村直己在加拿大北极圈内地域出发，使用狗拉雪橇独身到达北极点，成为第一个到达北极点的日本人。1990年，日本政府设立了北极圈环境研究中心，从事对北极海冰为中心的大气、海洋环境变化的状况等研究，研究重心为北极海冰。[62]
中国北极考察
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中华人民共和国与北极并不接壤，但作为《斯瓦尔巴条约》缔约国，中华人民共和国有权在斯匹次卑尔根群岛从事科学考察。1951年，武汉测绘学院的高时浏到达地球北磁极，进行地磁测量工作，成为第一个进入北极地区的中国科技工作者。[63]1991年，中国科学院大气物理所的研究员高登义参加了挪威组织的北极浮冰考察，并于考察过程中在北极地区展示了中国国旗。[64]
1995年，由民间赞助的中国北极考察团（中国科学院和中国科学技术协会组织）到达北极点考察，是首次由中国人组织的北极科考[65]。
1999年，中华人民共和国首次在北极展开科学考察。7月1日，中国北极科考船“雪龙号”从上海市出发，在白令海、楚科奇海和加拿大海盆展开对海洋和大气的综合调查。科考活动持续两个月，于9月9日结束[66]。2002年8月2日，中国科考队在北极建立了陆地大气观测站[67]。
2004年的北极考察中，中华人民共和国在挪威斯匹次卑尔根群岛的新奥尔松成立了第1个北极科学考察站：中国北极“黄河站”（78°55′N，11°56′E）[68][69]。其主要研究项目包括“北极在全球变化中的作用和对中华人民共和国气候的影响”、“北冰洋与北太平洋水团交换对北太平洋环流的变异影响”、“北冰洋邻近海域生态系统与生物资源对中华人民共和国渔业发展影响”等[70]。