Geologisk sett er Norskehavet en del av Atlanterhavet, idet Den midtatlantiske ryggen over Island fortsetter gjennom Norskehavet inn i Polhavet. Den midtatlantiske ryggen løper fra Island over Jan Mayen og derfra i nordøstlig retning mot Spitsbergen (Mohnryggen), og deler Norskehavet i to dyphavsbassenger med havdyp på over 3500 m – Norskehavsbassenget og Grønlandsbassenget.