En gassgigant og den lengste store planeten fra solen, har Neptun vist seg å ha veldig aktive værmønstre. Dens avstand fra solen betyr at atmosfæriske temperaturer kan være noen av de laveste i solsystemet, ned til –218 grader Celsius. Atmosfæren omgir en flytende kappe av vann, metan og ammoniakk. Varme fra kappen blander seg med den kalde atmosfæren driver vindene til de høyeste kjente hastighetene på noen planet.
Stemning
Hydrogen er den dominerende gassen i Neptuns atmosfære, med mindre mengder helium, metan og andre hydrokarboner. Den sterke tyngdekraften lar den beholde lette gasser som rømmer fra mindre planeter, som jorden.
Temperaturer
Ettersom det er 2,8 milliarder miles fra solen, omtrent 30 ganger så langt som jorden, får Neptun lite sollys. Den gjennomsnittlige overflatetemperaturen er omtrent –200 grader Celsius. Imidlertid har den en intern varmekilde, antatt å være fra radioaktive mineraler dypt på planeten. Ved kjernen til Neptune går temperaturen til 7000 grader Celsius.
Vind
Neptun har de høyeste målte vindhastighetene i solsystemet - opptil 1200 miles i timen. Den store temperaturforskjellen mellom den interne varmekilden nevnt ovenfor og kulden i rommet antas å drive vindene.
Hull og skyer
En funksjon kjent som Great Dark Spot ble observert på Neptuns sørlige halvkule av Voyager 2-sonden. Det ble først antatt å være som Jupiters Great Red Spot - et gigantisk stabilt stormsystem. I 1994 forsvant imidlertid Neptuns plass. En lignende dukket opp i de nordlige regionene. Denne funksjonen antas nå ikke å være en storm, men et hull i metanskyene. Et hvitt sky-system, også sett av Voyager 2, fikk kallenavnet "Scooter." Den kretset rundt planeten hver 16. time.
Årstider
På grunn av Neptuns omløpstid på 165 år, er årstidene 40 år lange. Den er vippet på sin akse omtrent like mye som Jorden er, så innkommende sollys endres for sine forskjellige breddegrader gjennom årstidene. Når den nordlige halvkulen er vippet mot solen, bygger det seg opp varme og frigjør metangass i rommet. Det samme skjer over sørpolen i den solfylte sesongen.
Termosfære
Planetens termosfære, et lag med tynn gass høyt i atmosfæren som grenser til rommet, har blitt funnet å ha en temperatur på 380 grader Celsius. Sollys på Neptuns avstand er ikke nok til å varme atmosfæren så mye. Noen teorier har blitt tilbudt, for eksempel energi som frigjøres av solvindens bevegelse mot planetens magnetfelt. Det er fortsatt ukjent hvorfor denne regionen er så varm.