Neptuun on päikesesüsteemi päikesest kõige kaugem planeet. Kui Itaalia astronoom Galileo Galilei 1612. aastal esmakordselt oma teleskoobi kaudu Neptuuni vaatas, uskus ta, et see on fikseeritud täht. 1846. aastal mõistis saksa astronoom Johann Galle, et see on planeet. Kosmoseaparaat Voyager 2 lendas Neptuuni poolt mööda 1989. aasta augustis ja Hubble'i kosmoseteleskoop on Neptuunist pilte teinud alates 1994. aastast.
Atmosfäär
Neptuuni sinine värv tuleneb metaanist ja veel ühest selle atmosfääris seni tuvastamata komponendist. Suurem osa atmosfäärist on vesinik, heelium ja ammoniaak, ainult metaani jälgi. On valgeid pilvi, mis võivad olla metaanjää. Pilvetemperatuur on vahemikus -150 kuni -200 Celsiust (-240 kuni -330 kraadi Fahrenheiti). Pilvede tihedus varieerub kogu planeedil, tekitades helesiniseid ribasid seal, kus pilved on kõige tihedamad, ja tumedamat sinist, kus pilvekate on hõre. Kosmoseaparaat Voyager 2 ja hiljem Hubble'i kosmoseteleskoop täheldasid Neptuuni atmosfääris tumedate laikude nihkumist.
Ilmamustrid
Neptuuni tumedad laigud võivad olla tohutud tormisüsteemid. “Suur tume laik”, mida Voyager 2 nägi esmakordselt Neptuuni lõunapoolkeral, oli piisavalt suur, et Maa kinni hoida. Need tumedad laigud ja valged pilved puhuvad ümber kiiruse 1370 miili tunnis. Need on päikesesüsteemi tugevaimad tuuled - üheksa korda tugevamad kui Maa tuuled. Voyager 2 täheldas Suure Pimeda koha nihet läände kiirusega peaaegu 750 miili tunnis. Hubble'i kosmoseteleskoobi abil 2011. aastal tehtud piltidel polnud seda kohta lõunapoolkeral enam näha. Selle asemel näitasid Hubble'i pildid Neptuuni põhjapoolkeral uusi tumedaid laike.
Magnetosfäär
Voyager 2 tuvastas Neptuuni ümbruses magnetvälja või magnetosfääri. See on 25 korda tugevam kui Maa oma ja näib, et see on keskendatud Neptuuni pilvetippudele lähemale kui selle keskpunkt, nagu see on Maa magnetvälja puhul. Neptuuni magnetvälja telg on kallutatud 47 kraadi pöörlemisteljega.
Sisemine struktuur
Astrofüüsikud oletavad, et Neptuun on enamasti gaas, mille keskmes on Maa suurune kivine südamik. Gaas muutub Neptuuni siseruumides tugevalt kokkusurutud, käitub nagu vedelik ja juhib elektrit. Kui Neptuun pöörleb oma teljel, käituvad Neptuuni sisemuses olevad materjalid nagu dünamo ja tekitavad magnetvälja. Neptuun võib selle käigus aeglaselt kahaneda ja soojust eraldada. See kuumus võib juhtida planeedi ilmastiku süsteeme.
Kuud
Neptuunil on 13 kuud. Kõik, välja arvatud suurim, Triton, tiirlevad selle ümber planeedi pöörlemisega samas suunas. Teadlased usuvad, et Triton on jääkeha Neptuuni orbiidilt, mille püüdis Neptuuni gravitatsiooniväli. See koosneb külmutatud lämmastikust, veest ja metaanist. Lämmastiku geisrid purskavad selle pinnalt välja ja loovad lämmastiku atmosfääri.
Sõrmused
Neptuuni ümber tiirleb kuus väikest väikeste osakeste rõngast. Need ei ole planeedi ümbruses ühtlased, vaid tunduvad nagu kaarekujulised tolmukogud. Teadlased oletavad, et rõngad võivad olla metaani jää väikesed osakesed, mis on päikese kiirguse tõttu tumedamad.