甲烷是一种非常强力的温室气体。其具有多种天然来源，虽然目前北极仅占了其中一小部分，然而全球暖化可能造成北极地区甲烷的加速释放。虽然北极的释放量近来逐渐增加，但由于其他天然来源并未增加释放量，大气中的甲烷含量在近十年来是维持稳定的。

北极的天然瓦斯储藏库－永久冻土中含有大量的甲烷，水底的晶笼化合物也含有甲烷。甲烷也透过河流被输送到北极地区。。在温暖的环境中，永久冻土和晶笼化合物会被分解，因此大量的甲烷释出被认为是全球暖化的可预期结果之一。任何因全球暖化而从北极释出的甲烷，将会造成更严重的全球暖化。这被称为正回馈（positive feedback）现象。若反馈现象中的增益足够，将会造成“失控气候变迁（英语：runaway climate change）”。科学家认为目前这样的情况的确有机会出现，但可能要等到千年后才会发生。

在间冰期时，大气中的甲烷的浓度是冰河期时最低值的近两倍之多。在间冰期，有南北半球甲烷浓度不平衡的情况发生，北极大气中的甲烷浓度比南极要高出8－10%。在冰河时期，这种不平衡的差距缩小到微不足道的范围内。