Diğer doğa ayıları gibi tıknaz olmayıp başı ve vücudu ince uzun yapılıdır.
Ayak tabanlarının altında deriden yastıklar ve tüyler olduğundan buzlar üzerinde kaymadan rahatlıkla hareket eder.
Çok iyi yüzücüdürler, kıyının 20-30 km. açıklarında yüzmeleri sıradandır.
35-40 kilometre hızla koşabilirler.
Kutup ayıları kış uykusuna yatmaz.
Kızılötesinde bir kutup ayılarının sadece burnu ve nefesi görünür.
-45° soğukla başa çıkabilirler.
2 km. ötede karda saklanmış bir fok balığının kokusunu alabilirler.
Kutup ayılarının burnu ve derisi siyahtır. Sanılanın aksine postu beyaz renkte değildir. Kutup ayılarının postu yarı saydamdır. Bu post, hem iyi bir kamuflaj sağlar hem de soğuğa karşı korur.
Kutup ayılarının sarıya çalan beyaz renkli kürkleri tıpkı ördeklerde olduğu gibi, suyu üzerinden kaydıracak yapıya sahiptir. Ayrıca tırnaklarının arası yarı uzunluğuna kadar yüzme zarı ile kaplıdır.
Diğer arktik hayvanların aksine kutup ayıları, yazın daha koyu renkli bir posta sahip olmak için tüy dökmez. Post mor ötesi ışığı emer. Tüylerin fiber-optik özellikleri yoktur ve ışığı ya da ısıyı transfer etmezler. Buna rağmen postun altındaki alt tabaka kutup ayısını öyle iyi izole eder ki, 10°'nin üzerinde aşırı ısınma problemi ile karşı karşıya kalır. Post, ayının kızılötesinde görünmesini engeller, kızılötesinde kutup ayılarının sadece burnu ve nefesi görülür. Bu alt tabaka birkaç santimetre boyunda kısmen daha seyrek içi boş tüylerle kaplıdır. Bu koruyucu tüyler gergin, parlak ve diktir, alt tabakanın ıslakken düğümlenip karışmasını engellerler. Böylece su daha donamadan kolayca silkinebilir. Ayrıca kutup ayıları bu tabakadaki nemden kurtulmak için karda yuvarlanırlar.
2005 yılında Brooklyn hayvanat bahçesindeki birçok kutup ayısı alt tabakalarında yetişen bir (Yeşil algler|yeşil alg) yüzünden yeşil renge büründü. O sene Chicago alışılmadık sıcaklıkta nemli ve kuru bir yaz geçirmişti. Algler ayılara zarar vermediğinden olaya müdahale edilmedi, kendiliğinden geçmesi beklendi. 2004 şubatında Singapur hayvanat bahçesinde iki ayı aynı sebeple yeşile döndü. Buna Singapur'un sıcak ve nemli havasının yol açtığı açıklandı. Ayılar peroxide blonde adlı kimyasalla yıkandılar. 1980 yazında San Diego hayvanat bahçesindeki üç ayı bu şekilde yeşile dönmüş ve giderilmesi için bir tuz karışımı ile yıkanmışlardı.
Ayı familyasının en etobur üyesidir ve insanları yemek üzere avlaması en olası olanıdır. Başlıca besini foklardır. Özellikle hava almak için buzda delikler açan halkalı fokları (Pusa hispida, eski adıyla Phoca hispida) avlar. Ama, öldürebildiği her şeyi yer: kuşlar, kemirgenler, deniz kabukluları, yengeçler, beyaz balinalar (beluga), morslar, arada sırada Musk öküzü ve çok nadiren diğer kutup ayıları. Kutup ayıları aşırı güçlü yırtıcılardır, genelde bir tonun üzerinde olan beyaz balinaları ve morsları öldürmeleri sıradan sayılır. İnsanlar ve kendi türünün daha büyük ayıları dışında doğal düşmanı yoktur. Bunun dışında nadiren bir morsun kendini korurken bir kutup ayısını öldürdüğü olmuştur. Katil balinaların da nadiren bir kutup ayısını öldürmesi söz konusu olmuştur.
Kutup ayıları had safhada iyi yüzücüdür. Genellikle karadan kilometrelerce açıkta bulunabilir. Son zamanlarda yemek bulabilmek için uzun mesafeler yüzmek zorunda kaldılar. 2005 yılındaki sıradışı buzul çekilmesi kayıt edilebilmiş dört boğulmaya sebep oldu[12]. Aynı zamanda şaşılacak hızı sayesinde karada da çok verimli bir şekilde avlanabilir. Bir kutup ayısı bir insanı rahatlıkla geçebilir. Gene de bir ren geyiği veya kutup öküzü kutup ayısını geçebilir ve kutup ayıları çok çabuk bir şekilde fazla ısınmaya başlar. Bu yüzden kutup ayıları mümkün olduğunca foklar, yavru morslar ve yetişkinlerin leşleri ile beslenir.
Bir etobur olarak genelde sadece diğer balık yiyen etoburlarla beslenen kutup ayıları çok miktarda A vitamini yutar ve bu da karaciğerinde depolanır. Geçmişte kutup ayıları ciğeri yiyerek zehirlenenler olmuştur. Büyük oranda etobur olmasına rağmen leşlerle de beslenir (örn: kıyıya vurmuş balinalar). Yazları sebze, kök ve yosun da yerler.
Kutup ayıları devasa, agresif, meraklı ve insanlar için aşırı tehlikelidir. Unutulmaması gerekir ki, diğer ayı türlerinin aksine kutup ayıları insana çabucak alışır ve korkmaz. Karşılaştığı her hayvanı potansiyel av olarak görür.
Ne yazık ki diğer ayı türleri gibi kutup ayıları da çöpten hoşlanmaktadır. Churchill, Manitoba'daki çöplük kutup ayıları tarafından sıklıkla karıştırılmaktadır.
Kutup ayıları ilkbaharda çiftleşir. Eşler geçicidir, çiftler arasında bir bağ olmadan sadece üreme için bir araya gelir. Gebelik süresi 240 gündür (8 ay). Yavrular, anne tarafından ekim ayında derin karın içinde kazılan bir inde kışın başında doğar. Genelde iki yavru doğar, daha az sıklıkla da bir veya üç yavru. Dört yavrunun doğduğu çok nadir olsa da görülmüştür. Diğer tüm Ursus ayılarındaki gibi yavrular doğduklarında çok küçüktür. Tipik olarak 30 cm. boyunda ve ortalama 700 gr. ağırlığında olurlar.
Doğduklarında neredeyse tamamen korumasız, tüysüz ve kördürler. Bir ay sonra gözleri açılır, 1,5 ay sonra ise yürümeye başlarlar. Katı yiyeceklerle beslenmeye başlamaları 4-5 ay sonra olur. On ay boyunca kendilerine avlanmayı ve erkek ayılardan korunmayı öğreten annelerinin yanından ayrılmazlar. Anneler yavrularını 2,5 sene boyunca diğer tüm ayı türlerinden fazla ve sadece deniz memelileri ile karşılaştırılabilecek % 33 oranında yağ içeren bir süt ile emzirirler. Cinsel erişkinliğe 3-4 yaşlarında erişirler. Yetişkin kutup ayılarının 30 yılı aşkın yaşadıkları bilinmektedir.
Hamile kutup ayıları kendisi ve yavruları için kardan bir in kazar. Bunun dışında bir yuvada yaşamazlar. Tipik bir yuva, 2 metre uzunluğundaki bir tünel ve çapı yaklaşık yarım metre olan yuvarlak bir alandan oluşur. Yüksekliği ise yaklaşık yarım metre kadardır. Bu yuvaların genellikle birden fazla odacığı vardır ve kutup ayıları bu odaları yuvanın girişinden daha yüksek seviyede hazırlarlar. Böylece odalardaki sıcak havanın girişten dışarı çıkması engellenmiş olur. Yuvanın üzerine ve girişine kış boyunca yağan karlar yığılır. Kutup ayıları bu kar yığınında sadece hava girecek kadar dar bir açıklık bırakır.
Tavanın kalınlığı 75 cm. ile 2 m. arasında değişiklik gösterir. Tavanın kalınlığı yalıtım görevi görür. Bu sayede yuva içindeki sıcaklık korunur. Norveç Oslo Üniversitesi'nden araştırmacı Paul Watts, yuvalardan birinin tavanına bir ısıölçer koymuş ve yuvanın sıcaklığını ölçmüştür. Bu çalışma sırasında dışarıdaki sıcaklık -30°ye kadar düşerken yuvanın ısısı hep 2-3 derece arasında sabit kalmıştır. Anne ayının karın kalınlığına göre değişen bu yalıtım özelliğini nasıl bilebildiği ise, henüz açıklanamamıştır.
Kutup ayıları kış uykusuna yatmaz, ama hamile veya emzirmekte olan anne ayılar yavruları çok gençken inlerinden dışarı çıkmazlar. Bu dönemde hiç enerji harcamamak ve yavrularının daha iyi beslenmesini sağlamak için metabolizmasını düşürür. 9 ay boyunca önceden depolamış olduğu vücut yağını (en:blubber proteine çevirir ve yavrularının beslenmesini sağlar. Bu aylar boyunca kendisi hiç beslenmez. Metabolizmasını yavaşlatırken kalp atışlarını dakikada 70'den 8'e kadar indirebilir. Bu süre içinde yemek yemediği gibi doğal ihtiyaçlarını da karşılamaz. Böylelikle yavrularını doğuracağı dönemde fazla enerji harcamamış olur. Bu süre için hem kendi hem de yavrularının beslenmesi için tamamen kendi vücut yağına bağlıdır.
2004 yılında National Geographic'in yaptığı çalışmada 1970 yılında sıradan olan üçüz doğuma hiç rastlanmamıştır. Aynı zamanda sadece her yirmi yavrudan biri 18 aylıkken sütten kesilmektedir. Bu rakam 1970'te yarıdan fazlaydı
