海水和大气相互作用形成海冰，其形成大致经历5个阶段。
一是海面气温下降，表面海水温度降至冰点以下时，海水里又有利于形成冰的雪粒等凝结核，海水表面层就开始结成纵横交错的冰针或小冰片。
二是海面温度继续降低，大量的冰针或冰片聚集起来，形成覆盖海面的薄冰，薄冰破裂成一个个大小相当均匀的圆盘状冰饼。
三是海面温度进一步下降，圆盘状冰饼互相冻接起来，形成有一定厚度的、面积相当大的冰盖层。
四是海面温度再下降，冰层膨胀龟裂，大片冰层就形成破碎的冰块。
五是海水的运动，促使冰块叠加，各个冰块之间又冻接起来，形成面积更广阔的大冰原。冰原再互相撞碰，重叠，就形成山峦般起伏不平的大冰群。这时，冰厚可达15~20米。
淡水结冰是在0℃，海水因含盐度较高，冰点要低于淡水。随着海水中含盐量的增大，海水的冰点降低，这是海水不易结冰的原因之一。另一个原因是海水密度最大时的温度低于淡水密度最大时的4℃，且随着盐度的增大而降低。所以，海水结冰的过程较为缓慢。
海冰形成的过程非常复杂。从物理学上讲，寒冷的天气使表层海水散失热量，随之海水温度降低、密度增大，于是海水产生下沉，而底层海水密度偏小，便要上升到表层。这样海水的垂直的对流过程开始进行，对流会使整个水体的密度保持稳定。当海水对流停止时，海水就会逐渐结成冰。
