Bylo zjištěno, že Neptun, plynný gigant a nejvzdálenější hlavní planeta od slunce, má velmi aktivní povětrnostní vzorce. Jeho vzdálenost od slunce znamená, že atmosférické teploty mohou být jedny z nejnižších ve sluneční soustavě, až do –218 stupňů Celsia. Atmosféra obklopuje kapalný plášť vody, metanu a amoniaku. Teplo z pláště smíchané se studenou atmosférou žene větry na nejvyšší známé rychlosti ze všech planet.
Atmosféra
Vodík je dominantní plyn v atmosféře Neptunu s menším množstvím helia, metanu a dalších uhlovodíků. Jeho silná gravitace mu umožňuje zadržovat lehké plyny, které unikají z menších planet, jako je Země.
Teploty
Jelikož je Neptun vzdálený 2,8 miliardy kilometrů od Slunce, asi třicetkrát daleko od Země, dostane málo slunečního světla. Průměrná povrchová teplota je asi –200 stupňů Celsia. Má však vnitřní zdroj tepla, o kterém se předpokládá, že pochází z radioaktivních minerálů hluboko na planetě. V jádru Neptunu teplota stoupá na 7 000 stupňů Celsia.
Vítr
Neptun má nejvyšší naměřené rychlosti větru ve sluneční soustavě - až 1 200 mil za hodinu. Předpokládá se, že velký teplotní rozdíl mezi výše zmíněným vnitřním zdrojem tepla a chladem vesmíru pohánějí větry.
Díry a mraky
Objekt známý jako Velká temná skvrna byla na jižní polokouli Neptuna pozorována sondou Voyager 2. Nejprve to bylo považováno za Jupiterovu Velkou rudou skvrnu - obrovský stabilní bouřkový systém. V roce 1994 však Neptunovo místo zmizelo. Podobný se objevil v severních oblastech. O této vlastnosti se nyní nepředpokládá, že by to byla bouře, ale díra v metanových mracích. Systém bílého mraku, který také viděl Voyager 2, byl přezdíván „Scooter“. Kolem planety obíhalo každých 16 hodin.
Roční období
Vzhledem k tomu, že Neptunova oběžná doba je 165 let, má roční období 40 let. Je nakloněn kolem své osy zhruba stejně jako Země, takže příchozí sluneční světlo se v různých ročních obdobích v průběhu ročních období mění. Když je severní polokoule nakloněna směrem ke slunci, hromadí se teplo a uvolňuje metanový plyn do vesmíru. Totéž se děje na jižním pólu během jeho slunečného období.
Termosféra
Bylo zjištěno, že termosféra planety, vrstva tenkého plynu vysoko v atmosféře sousedící s prostorem, má teplotu 380 stupňů Celsia. Sluneční světlo na vzdálenost Neptunu nestačí k tomu, aby tolik ohřívalo atmosféru. Byly nabídnuty některé teorie, například energie uvolněná pohybem slunečního větru proti magnetickému poli planety. Stále není známo, proč je tento region tak horký.