作为一个[[冰巨行星]]，[[ 海王星]] 的大气层以[[氢]]和[[氦]]为主<ref>[https://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1577793462&ver=2068&signature=GHJ2WFcIlAn4GNA6iSgtJhP2VsYd6oTiMjCKhUWIn15fad0xJVuYerwzpvEdh95DLL4QewzcJEFaagtVqhshVVB3XRDHYbHWsDkmScPRKdlbEkDtcB3p7FvyQCENJsc7&new=1 海王星为什么是蓝色的呢？]，超前沿科技，2017-10-13</ref>，还有微量的[[甲烷]]。在大气层中的甲烷，只是使行星呈现蓝色的一部分原因。因为海王星的蓝色比有同样分量的[[天王星]]更为鲜艳，因此应该还有其他成分对海王星明显的颜色有所贡献。海王星有太阳系最强烈的风，测量到的风速高达每小时2,100千米。1989年旅行者2号飞掠过海王星，对南半球的 [[ 大黑斑 ]] 和木星的 [[ 大红斑 ]] 做了比较。海王星云顶的温度是-218 °C（55K），因为距离太阳最远，是太阳系最冷的地区之一。海王星核心的温度约为7,000 °C，可以和太阳的表面比较，也和大多数已知的行星相似。

海王星在1846年9月23日被发现，是唯一利用数学预测而非有计划的观测发现的行星。天文学家利用天王星轨道的摄动推测出海王星的存在与可能的位置。迄今只有旅行者2号曾经在1989年8月25日拜访过海王星<ref>[https://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1577793514&ver=2068&signature=xETgvabZyRfKqbtkJL*0WrWfh8EAMde3bULa0oXqCDaG9-MePuQRp*BBv*59rg4RxKFx6zMO82fohXTdOyy*mDbnOMwSDn6T226Lz9FXQFauTgX3Ws9x-YWfrJMsQieL&new=1 经典回顾：30年前旅行者2号飞越海王星的历史一刻]， 牧夫天文，2019-8-30</ref>。2003年， [[ 美国宇航局 ]] 提出有如 [[ 卡西尼-惠更斯 ]] 号科学水准的海王星轨道探测计划，但不使用热滋生反应提供电力的推进装置；这项计划由喷射推进实验室和 [[ 加州理工学院 ]] 一起完成。