Важное место в арктических экосистемах занимают морские млекопитающие и птицы. Млекопитающие арктических морей представлены несколькими видами ластоногих и китообразных, а также своего рода символом Арктики – белым медведем, который в зоологической литературе отнесен к наземным животным, но его жизнедеятельность тесно связана с арктическими льдами и полыньями.
Среди ластоногих к семейству моржей относится один вид – Odobenus rosmarus, включающий три подвида. Атлантический морж O.r. rosmarus встречается в Карском море, местный подвид O.r.laptevi – в морях Лаптевых и Восточно-Сибирском, тихоокеанский O.r. divergeus – в Чукотском море. Основную кормовую базу для моржей образует зообентос, поэтому они преимущественно обитают на литорали и прибрежных льдах.
Атлантический морж в прошлом был широко распространен и добывался в больших количествах. Теперь он получил статус исчезающего вида. Наблюдения последних лет свидетельствуют об увеличении численности моржей и позволяют пересмотреть некоторые прежние представления об их миграциях. Ранее считалось, что моржи с началом зимы покидают акваторию Карского моря и зимуют во льдах Печорского моря, а после их весеннего таяния вновь проникают в Карское море. По результатам наблюдений, проведенных в ледокольных экспедициях (Матишов и др., 2005; Биология …, 2007), установлено, что в Печорском море моржи обитают круглогодично. На акватории Карского моря они регулярно встречаются уже в марте-апреле, т. е. значительно раньше, чем начинается разрушение льда в Печорском море. В море Лаптевых моржи остаются на всю зиму, моржи тихоокеанского подвида зимуют в Беринговом море.
Несколько видов ластоногих входят в группу настоящих тюленей. Самым распространенным среди них является нерпа Phoca hispida, обитающая во всех морях СЛО и в Арктическом бассейне. Этот вид не образует скоплений и ведет одиночный образ жизни на ледяном покрове, питается преимущественно рыбой (сайкой). Сходную экологическую нишу занимает другой циркумполярный вид – морской заяц Erignathus barbatus barbatus, также обитающий на ледяном покрове.
Обыкновенный тюлень Phoca vitulina vitulina на западе арктического шельфа не встречается, в Чукотском море он представлен дальневосточным подвидом – ларгой. Он может обитать на припайных и дрейфующих льдах и образовывать береговые залежки. Гренландский тюлень Hisriophoca groenlandika oceanica мигрирует в летние месяцы в северную часть Карского моря. В Чукотском море встречается тихоокеанский вид – тюлень-крылатка.
Тюлень-хохлач Cystophora cristata, как считалось ранее, не заходит к востоку далее 30° в.д. В результате наблюдений специалистов ММБИ с борта атомных ледоколов вдоль