L'ours polaire possède la morphologie d'un ours typique : un corps imposant, une fourrure abondante, une grande tête rectangulaire, de petites oreilles arrondies, une courte queue et des pattes puissantes et épaisses. Ses yeux, son museau, ses lèvres et ses coussinets sont noirs. Sa principale particularité est d'être le seul ours à manteau blanc.
Par rapport à l'ours brun, l'ours polaire a un corps plus long, tout comme son cou et son crâne, mais des oreilles plus petites4. Le profil de l'ours blanc est également différent, avec un museau plus proéminent4.
L'ours polaire est – avec l'ours kodiak – le plus grand carnivore terrestre vivant4. Les mâles adultes pèsent généralement entre 400 et 600 kg mais peuvent parfois atteindre les 800 kg pour une taille de 2 à 3 mètres de long5. L'ours polaire présente un dimorphisme sexuel important : généralement deux fois plus petites que les mâles, les femelles pèsent de 200 à 350 kg et mesurent de 1,8 à 2 mètres5. À la naissance, les oursons ne pèsent que 600 à 700 grammes6. Le record de poids pour un ours blanc est actuellement de 1 102 kg7.
L'ours polaire a des prises de poids assez spectaculaires. Par exemple, au Canada, un ours blanc femelle a pris plus de 400 kilos en neuf mois. En novembre, elle pesait 92 kg, mais au mois d'août, elle a été pesée à 505 kg. Ceci s'explique par la graisse des phoques qui sont mangés au printemps7.
Des données récentes suggèrent que le poids des ours polaires décline. Ces données peuvent être prises comme une indication des pressions qui pèsent sur eux. Une étude de 2004 de la National Geographic Society a montré que le poids des ours blancs, en moyenne, était 50 % inférieur à leur poids dans les années 19708. Pour exemple, en 2007, les femelles de la baie d'Hudson avaient un poids moyen de seulement 230 kg, contre 300 kg dans les années 19809.
Leur poids ne les empêche pas d'être très véloces sur la terre ferme. Ils peuvent sans problème être plus rapides qu'un homme à la course.