L'inlandsis, ou calotte polaire, constitue la composante la plus massive de la cryosphère. Il s'agit de glaciers d'une épaisseur colossale, pouvant dépasser trois kilomètres, qui recouvrent la quasi-totalité de l'Antarctique et du Groenland. Ces deux géants de glace renferment à eux seuls plus de 99% de l'eau douce solide de la planète. La glace qui les compose s'écoule sous son propre poids, tel un fluide d'une extrême viscosité, depuis les hauteurs centrales vers les côtes, où elle vêle en formant des icebergs ou fond au contact d'eaux océaniques plus chaudes. À une échelle bien plus modeste, les glaciers de montagne et les calottes locales, présents des Alpes à l'Himalaya en passant par les Andes et l'Alaska, jouent un rôle disproportionné en tant que véritables châteaux d'eau pour des centaines de millions de personnes, régulant le débit des cours d'eau en aval lors de la saison de fonte.

Sur les océans, la banquise forme une peau glacée, fine et en perpétuel mouvement. Contrairement aux calottes glaciaires posées sur un socle rocheux, la banquise est de la glace de mer formée par la congélation de l'eau de mer salée. Sa croissance et son déclin suivent un cycle saisonnier d'une amplitude spectaculaire : l'océan Arctique double quasiment de superficie en hiver, tandis qu'autour du continent antarctique, une ceinture de glace se forme puis se disloque en grande partie chaque été. Cette couverture blanche est un régulateur thermique majeur; son albédo élevé, c'est-à-dire sa capacité à réfléchir le rayonnement solaire vers l'espace, refroidit les pôles. Lorsque la banquise fond pour révéler l'océan sombre, ce dernier absorbe la chaleur, amplifiant le réchauffement dans une boucle de rétroaction positive. La banquise est aussi le support vital pour des écosystèmes emblématiques, de l'ours polaire au phoque, en passant par les algues qui se développent sous sa face inférieure, à la base de chaînes alimentaires entières.

Souterraine, la cryosphère prend la forme du pergélisol, ou permafrost, un sol dont la température reste égale ou inférieure à 0 °C pendant au moins deux années consécutives. Il recouvre environ un quart des terres émergées de l'hémisphère nord, formant un socle gelé en profondeur sur lequel repose une couche active superficielle qui dégèle en été. Le pergélisol est un ciment qui maintient la cohésion du sol; son dégel, déjà observable, provoque des affaissements spectaculaires, menaçant routes, pipelines et villages entiers. Surtout, ce congélateur géant emprisonne d'immenses quantités de matière organique. Sa dégradation réactive l'activité microbienne qui décompose cette matière et libère dans l'atmosphère du dioxyde de carbone et du méthane, un puissant gaz à effet de serre, risquant d'accélérer encore le réchauffement global.

La neige saisonnière est sans doute la composante la plus éphémère mais aussi celle qui possède la plus grande superficie fluctuante annuellement. Son manteau blanc et isolant modifie radicalement le bilan énergétique de la surface terrestre en réfléchissant la lumière et en isolant le sol du froid atmosphérique. La fonte du manteau neigeux au printemps est un événement hydrologique majeur qui recharge les nappes phréatiques et alimente les fleuves, mais dont la précocité croissante perturbe la disponibilité en eau pour l'agriculture et les équilibres écologiques. Enfin, il existe des composantes plus subtiles comme la glace de lac et de rivière, qui agit comme un indicateur saisonnier précis du climat et dont la durée d'englacement se raccourcit dans de nombreuses régions, ou encore les amas de grêle au sol.

L'ensemble de ces éléments interagit intimement avec le système climatique. La cryosphère est à la fois une mémoire du froid, un indicateur sensible du changement climatique et un acteur puissant de son évolution future. Sa fonte généralisée, documentée par des décennies d'observations satellitaires et de mesures de terrain, ne se traduit pas seulement par une élévation du niveau de la mer, mais enclenche des bouleversements en cascade sur la circulation océanique, les régimes météorologiques et la stabilité des paysages polaires et montagnards. La lente disparition de ce monde de glace constitue l'une des manifestations les plus visibles et irréversibles de l'empreinte humaine sur la planète.

Les cryosphères extraterrestres.
Le Système solaire présente une remarquable diversité de cryosphères, allant de fines gelées saisonnières à des manteaux de glace globaux de plusieurs centaines de kilomètres d'épaisseur, composées de glaces d'eau, de dioxyde de carbone, d'azote, de méthane ou d'autres composés volatils selon la distance au Soleil.

Mercure possède une cryosphère extrêmement réduite, essentiellement représentée par des dépôts de glace d'eau localisés dans les cratères polaires en ombre permanente. En raison de la très faible inclinaison de son axe de rotation, certains fonds de cratères ne reçoivent jamais directement la lumière solaire et maintiennent des températures inférieures à 100 K malgré la proximité du Soleil. Les mesures radar réalisées depuis la Terre, puis les observations de la sonde MESSENGER, ont confirmé l'existence de plusieurs milliards de tonnes de glace d'eau recouverte par une mince couche de matériaux organiques sombres jouant probablement un rôle isolant. Cette glace provient vraisemblablement des impacts de comètes et d'astéroïdes riches en volatils, ainsi que de l'implantation d'hydrogène par le vent solaire suivie de réactions chimiques avec les minéraux de surface. En dehors de ces pièges froids, les températures dépassent fréquemment 700 K, empêchant toute stabilité de l'eau. 

La Lune terrestre illustre un cas similaire à Mercure : de la glace d'eau se maintient dans les cratères en ombre permanente des pôles, comme le cratère Shackleton. Elle a été détectée notamment par les missions LCROSS et Chandrayaan.

Mars possède une cryosphère bien caractérisée. Ses calottes polaires permanentes sont formées de glace d'eau recouverte, au pôle nord en été, d'une fine couche résiduelle, tandis qu'au pôle sud subsiste toute l'année une calotte de glace carbonique sur un socle de glace d'eau. Chaque hiver, d'importantes calottes saisonnières de dioxyde de carbone gelé se déposent et couvrent de vastes étendues jusqu'à des latitudes moyennes, avant de se sublimer au printemps. Sous la surface, un pergélisol riche en glace s'étend sur de grandes profondeurs aux latitudes moyennes et élevées, mis en évidence par les instruments neutroniques en orbite et confirmé au sol par les missions Phoenix et InSight. Les observations radar des missions Mars Express et Mars Reconnaissance Orbiter montrent également que d'immenses glaciers fossiles sont enfouis sous quelques mètres de poussière aux moyennes latitudes, en particulier dans régions comme Utopia Planitia.

Europe, Ganymède et Callisto, les grandes lunes glacées de Jupiter, possèdent des croûtes de glace d'eau qui constituent l'essentiel de leur cryosphère visible, avec des épaisseurs estimées de quelques kilomètres à plusieurs dizaines de kilomètres. La surface d'Europe, particulièrement lisse et sillonnée de failles et de terrains chaotiques, témoigne d'un renouvellement géologique actif de cette carapace glacée, tandis que Ganymède et Callisto présentent des croûtes plus anciennes, cratérisées, mêlant glace et matériaux rocheux ou sombres.

Encelade possède une cryosphère particulièrement dynamique, avec une croûte de glace d'eau relativement mince près du pôle sud, fracturée par les fameuses rayures de tigre d'où s'échappent des geysers de glace et de vapeur, alimentant même l'anneau E de Saturne. Les anneaux, composés à plus de 90 % de glace d'eau, représenten d'ailleurs un gigantesque réservoir cryosphérique bien que leur masse totale demeure relativement faible à l'échelle planétaire. Les particules de glace, dont la taille varie du micromètre à plusieurs mètres, sont continuellement remodelées par les collisions, les impacts météoritiques et les interactions gravitationnelles avec les satellites.

Titan présente une cryosphère complexe et originale, avec une croûte externe de glace d'eau très froide et rigide, sous laquelle pourrait exister une couche de clathrates de méthane, et à la surface des dépôts de glace mêlés à des matériaux organiques, dans un environnement où la glace d'eau joue le rôle de socle rocheux.

Les autres satellites glacés de Saturne, comme Mimas, Téthys, Dioné, Rhéa et Japet, sont presque entièrement constitués de glace d'eau en surface, avec des croûtes cratérisées, des fractures tectoniques, et pour certains, comme Téthys et Dioné, des indices d'activité géologique passée ayant affecté leur cryosphère.

Les satellites d'Uranus présentent également des cryosphères développées. Miranda montre d'immenses terrains tectonisés, les coronae, probablement produits par des remontées de glace chaude ou des épisodes de cryovolcanisme. Ariel présente de nombreuses vallées et surfaces relativement jeunes qui suggèrent une activité interne prolongée. Umbriel, Titania et Obéron renferment vraisemblablement d'importantes quantités de glace d'eau associées à des matériaux rocheux. 

Triton, satellite de Neptune, possède une cryosphère active et originale : sa surface est recouverte de glaces d'azote, de méthane, de dioxyde de carbone et d'eau, avec des calottes polaires saisonnières d'azote gelé et des geysers d'azote qui projettent des panaches sombres visibles jusqu'à plusieurs kilomètres d'altitude, révélés par la sonde Voyager 2.

Pluton possède une cryosphère dominée par les glaces d'azote, de méthane et de monoxyde de carbone, en plus de la glace d'eau qui forme la croûte rocheuse sous-jacente. La région de Sputnik Planitia, sur Pluton, est un immense glacier d'azote en convection lente, aux motifs polygonaux caractéristiques, observé en détail par la sonde New Horizons; des glaciers de méthane s'écoulent également depuis les régions montagneuses environnantes.

Les autres grands objets transneptuniens, tels qu'Éris, Makémaké, Hauméa, Quaoar ou Gonggong, possèdent également des cryosphères dominées par des mélanges variables de glace d'eau, de méthane, d'azote, de monoxyde de carbone et de composés organiques irradiés. Hauméa se distingue par une surface exceptionnellement riche en glace d'eau cristalline, probablement renouvelée par des impacts ou une activité interne passée. 

Les noyaux des comètes constituent enfin les plus petits représentants des cryosphères du Système solaire. Ils sont composés de glaces d'eau mêlées à des glaces de monoxyde et de dioxyde de carbone, de méthane, d'ammoniac, de sulfure d'hydrogène et de nombreuses molécules organiques. Lorsqu'une comète s'approche du Soleil, la sublimation des glaces entraîne la formation de la chevelure et des queues cométaires. L'alternance répétée de sublimation, de recondensation et de fracturation modifie progressivement la structure interne du noyau, créant une cryosphère hautement dynamique malgré les très faibles dimensions de ces objets.

Enfin, de nombreux astéroïdes, notamment ceux de la ceinture principale externe et les astéroïdes de type C, contiennent de la glace d'eau ou des minéraux hydratés en sous-surface, formant une cryosphère résiduelle et fossile héritée de la formation du Système solaire, comme l'ont suggéré les observations de Cérès et de certains astéroïdes présentant une activité cométaire sporadique.