Tika konstatēts, ka Neptūnam, kas atrodas gāzes gigantā un vistālāk no Saules lielākajā planētā, ir ļoti aktīvi laika apstākļi. Tā attālums no saules nozīmē, ka atmosfēras temperatūra var būt viena no zemākajām Saules sistēmā, līdz –218 grādiem pēc Celsija. Atmosfēra ieskauj šķidru ūdens, metāna un amonjaka apvalku. Siltums, kas rodas no apvalka sajaukšanās ar auksto atmosfēru, dzen vējus uz visiem planētas lielākajiem zināmajiem ātrumiem.
Atmosfēra
Ūdeņradis ir dominējošā gāze Neptūna atmosfērā, ar mazāku daudzumu hēlija, metāna un citu ogļūdeņražu. Tā spēcīgā gravitācija ļauj noturēt gaismas gāzes, kas izplūst no mazākām planētām, piemēram, Zemes.
Temperatūras
Tā kā tas atrodas 2,8 miljardu jūdžu attālumā no saules, apmēram 30 reizes līdz Zemei, Neptūns saņem maz saules gaismas. Vidējā virsmas temperatūra ir aptuveni –200 grādi pēc Celsija. Tomēr tam ir iekšējs siltuma avots, domājams, ka tas ir no radioaktīvajiem minerāliem, kas atrodas dziļi planētā. Neptūna kodolā temperatūra sasniedz 7000 grādus pēc Celsija.
Vējš
Neptūnam ir vislielākais izmērītais vēja ātrums Saules sistēmā - līdz 1200 jūdzēm stundā. Tiek uzskatīts, ka lielā temperatūras starpība starp iepriekš minēto iekšējo siltuma avotu un kosmosa aukstumu vējš virza.
Caurumi un mākoņi
Funkciju, kas pazīstama kā Lielā tumšā vieta, Neptūna dienvidu puslodē novēroja zonde Voyager 2. Vispirms domāja, ka tas ir līdzīgs Jupitera Lielajai sarkanajai vietai - milzīgai stabilai vētru sistēmai. 1994. gadā Neptūna vieta tomēr izzuda. Līdzīgs parādījās ziemeļu reģionos. Tagad tiek uzskatīts, ka šī funkcija nav vētra, bet gan caurums metāna mākoņos. Baltā mākoņu sistēma, ko redzēja arī Voyager 2, tika saukta par “Motorolleru”. Tas riņķoja ap planētu ik pēc 16 stundām.
Gadalaiki
Tā kā Neptūna orbītas periods ir 165 gadi, tā sezonas ir 40 gadus garas. Tas ir noliecies uz savas ass apmēram tikpat daudz kā Zeme, tāpēc ienākošie saules stari mainās dažādos platuma grādos visu sezonu laikā. Kad ziemeļu puslode ir sasvērta pret sauli, siltums uzkrājas un metāna gāze izdalās kosmosā. Tas pats notiek pār dienvidu polu saulainajā sezonā.
Termosfēra
Ir konstatēts, ka planētas termosfēras, plānas gāzes slāņa, kas atrodas augstu atmosfērā, kas robežojas ar kosmosu, temperatūra ir 380 grādi pēc Celsija. Saules gaisma Neptūna attālumā nav pietiekama, lai tik daudz sasildītu atmosfēru. Ir piedāvātas dažas teorijas, piemēram, enerģija, ko atbrīvo Saules vēja kustība pret planētas magnētisko lauku. Joprojām nav zināms, kāpēc šis reģions ir tik karsts.