A atmosfera de Neptuno tem as mais altas velocidades de ventos no sistema solar, que são acima de 2000 km/h; acredita-se que os ventos são amplificados por este fluxo interno de calor. A estrutura interna lembra a de Urano -- um núcleo rochoso coberto por uma crosta de gelo, escondida no profundo de sua grossa atmosfera. Os dois terços internos de Neptuno são compostos de uma mistura de rocha fundida, água, amônia líquida e metano. A terça parte exterior é uma mistura de gases aquecidos composta por hidrogênio, hélio, água e metano. Como Urano e diferentemente da composição uniforme de Júpiter e Saturno, acredita-se que a estrutura interna de Neptuno consiste de três camadas. Como Urano, o campo magnético de Neptuno é muito inclinado em relação ao seu eixo rotacional, a 47°, e desviado em no mínimo 0,55 radianos (cerca de 13500 quilômetros) do centro físico do planeta. Comparando o campo magnético dos dois planetas, os cientistas acham que esta orientação extrema se deve aos característicos fluxos no interior do planeta, e não do resultado da orientação lateral de Urano. Em Neptuno ocorrem os ventos mais fortes do sistema solar, em tempestades relampejantes com rajadas de 2400km/h.

Em 1821, Alexis Bouvard publicou tabelas astronómicas da órbita de Urano. Observações subsequentes revelaram desvios substanciais das tabelas, levando Bouvard a pôr a hipótese da existência de um corpo que perturbasse a órbita. Em 1843, John Couch Adams calculou a órbita de um oitavo planeta que pudesse explicar o movimento de Urano. Enviou os seus cálculos a Sir George Airy, que os rejeitou com alguma frieza, levando Adams a abandonar o assunto.

Neptuno tem 13 luas conhecidas. A maior delas é Tritão, descoberta por William Lassell apenas 17 dias depois da descoberta de Neptuno.

Satélites Naturais de Neptuno