El permafrost es la capa de suelo permanentemente congelado pero no permanentemente cubierto de hielo o nieve, de las regiones muy frías o periglaciares, como la tundra.
Durante cientos de miles de años, el permafrost del Ártico ha acumulado grandes reservas de carbono orgánico (se estima que de 1,4 a 1,85 billones de toneladas métricas). Los pronósticos predicen una disminución en las áreas de permafrost debido al aumento del calentamiento global. Cuando el permafrost se descongela, se libera Dióxido de carbono y metano.
Las emisiones de metano en el Ártico son producto de la liberación de metano de los mares y suelos en las regiones de permafrost del Ártico. Si bien es un proceso natural a largo plazo, la liberación de metano se ve agravada por el calentamiento global. Esto tiene como resultado efectos negativos, ya que el metano es en sí mismo un potente gas de efecto invernadero.
En 2008, el sistema del Laboratorio Nacional del Departamento de Energía identificó la desestabilización potencial del clatrato en el Ártico como uno de los escenarios más serios de cambio climático abrupto, que ha sido señalado para investigación prioritaria.
La expectativa es que con una mayor disminución del hielo marino, las temperaturas en el Ártico continuarán aumentando, al igual que las emisiones de metano de los humedales del norte
La pérdida de hielo marino se correlaciona con el calentamiento de las latitudes septentrionales. Esto tiene efectos de fusión sobre el permafrost, tanto en el mar como en la tierra. Se sugiere que el rápido derretimiento actual del hielo marino puede inducir un rápido derretimiento del permafrost ártico. Esto tiene efectos consecuentes sobre la liberación de metano y la vida silvestre. Algunos estudios implican un vínculo directo, ya que predicen que el aire frío que pasa sobre el hielo es reemplazado por aire caliente que pasa sobre el mar. Este aire cálido lleva calor al permafrost alrededor del Ártico y lo derrite, consecuentemente liberando grandes cantidades de metano.La liberación de metano puede ser gaseosa, pero también se transporta disuelto por los ríos. New Scientist afirma que «dado que los modelos existentes no incluyen efectos de retroalimentación como el calor generado por la descomposición, el permafrost podría derretirse mucho más rápido de lo que generalmente se piensa». Los análisis de datos de una expedición a puestos de avanzada remotos en el Ártico canadiense en 2016 indicaron que el permafrost se está descongelando 70 años antes de lo previsto.