Skamieniałości pokazują, że zęby trzonowe niedźwiedzia polarnego znacząco zmieniły się na typowe dla mięsożerców w porównaniu z zębami niedźwiedzia brunatnego około 10-20 tysięcy lat temu.
Niedźwiedzie polarne mogą dawać płodne krzyżówki z niedźwiedziami brunatnymiGunderson, A. 2002. „Ursus maritimus” (On-line), Animal Diversity Web. Accessed 28 lipca 2006.Report of wild hybrid bear., co sugeruje, że obydwa gatunki są bardzo blisko spokrewnione, ale fakt, że żaden gatunek nie może przeżyć długo w niszy drugiego oraz różnice w morfologii, metabolizmie, zachowaniu i inne cechy fenotypowe powodują, że obydwa niedźwiedzie są klasyfikowane jako oddzielne gatunki.
W powszechnie cytowanym artykule wydanym w 1996 porównano mitochondrialny DNA różnych populacji niedźwiedzi brunatnych, dzięki czemu wykazano, że niedźwiedzie brunatne Alaski z wysp Admiralicji, Cziczagowa i Baranowa oddzieliły się niedawno, a ich wspólny przodek jest bardziej spokrewniony z niedźwiedziami polarnymi niż z jakimikolwiek innymi populacjami niedźwiedzi brunatnych na świecietitle= Mitochondrial DNA Phylogeography of the North American Brown Bear and Implications for Conservation, Lisette P. Waits, Sandra L. Talbot, R.H. Ward and G. F. Shields, 1998, Conservation Biology, p. 408-417..