Neptunus, een gasreus en de verste grote planeet van de zon, blijkt zeer actieve weerpatronen te hebben. Door de afstand tot de zon kunnen de atmosferische temperaturen tot de laagste in het zonnestelsel behoren, tot -218 graden Celsius. De atmosfeer omringt een vloeibare mantel van water, methaan en ammoniak. Warmte van de mantel die zich vermengt met de koude atmosfeer drijft de winden naar de hoogst bekende snelheden van welke planeet dan ook.
Atmosfeer
Waterstof is het dominante gas in de atmosfeer van Neptunus, met kleinere hoeveelheden helium, methaan en andere koolwaterstoffen. Door zijn sterke zwaartekracht kan het lichte gassen vasthouden die ontsnappen van kleinere planeten, zoals de aarde.
Temperaturen
Omdat het 4,5 miljard mijl van de zon verwijderd is, ongeveer 30 keer zo ver als de aarde, krijgt Neptunus weinig zonlicht. De gemiddelde oppervlaktetemperatuur is ongeveer -200 graden Celsius. Het heeft echter een interne warmtebron, vermoedelijk afkomstig van radioactieve mineralen diep in de planeet. In de kern van Neptunus loopt de temperatuur op tot 7.000 graden Celsius.
Wind
Neptunus heeft de hoogst gemeten windsnelheden in het zonnestelsel - tot 1.200 mijl per uur. Aangenomen wordt dat het grote temperatuurverschil tussen de hierboven genoemde interne warmtebron en de kou van de ruimte de wind drijft.
Gaten en wolken
Een kenmerk dat bekend staat als de Grote Donkere Vlek, werd waargenomen op het zuidelijk halfrond van Neptunus door de Voyager 2-sonde. Eerst werd gedacht dat het leek op Jupiter's Grote Rode Vlek - een gigantisch stabiel stormsysteem. In 1994 verdween de plek van Neptunus echter. Een soortgelijke verscheen in de noordelijke regio's. Men denkt nu dat dit geen storm is, maar een gat in de methaanwolken. Een wit wolkensysteem, ook gezien door Voyager 2, kreeg de bijnaam 'Scooter'. Het draaide elke 16 uur om de planeet.
Seizoenen
Vanwege de omlooptijd van Neptunus van 165 jaar, zijn de seizoenen 40 jaar lang. Het is ongeveer net zo veel gekanteld op zijn as als de aarde, dus binnenkomend zonlicht verandert door de seizoenen heen voor zijn verschillende breedtegraden. Wanneer het noordelijk halfrond naar de zon wordt gekanteld, wordt er warmte opgebouwd en komt methaangas de ruimte in. Hetzelfde gebeurt over de zuidpool tijdens het zonnige seizoen.
Thermosfeer
De thermosfeer van de planeet, een laag dun gas hoog in de atmosfeer grenzend aan de ruimte, heeft een temperatuur van 380 graden Celsius. Zonlicht op de afstand van Neptunus is niet genoeg om de atmosfeer zoveel te verwarmen. Er zijn enkele theorieën geopperd, zoals energie die vrijkomt door de beweging van de zonnewind tegen het magnetische veld van de planeet. Het is nog steeds niet bekend waarom deze regio zo heet is.