海王星在1846年9月23日被發現，按照行星與太陽的距離排列，海王星是太陽系的第八顆行星，八大行星中距離太陽最遠。海王星的直徑49500公裡，是地球的3.88倍，體積相當於57個地球，在太陽系排第四。質量是地球的17倍多，排第三。海王星有14顆已知的天然衛星。
海王星的表面覆蓋著延綿幾千公裡厚的冰層，和天王星一樣也是顆冰巨星。外表則圍繞著濃密的大氣層。科學家推測海王星可能有一個固態的核，其表面可能覆蓋有一層冰。它的核是一個由巖石和冰構成的混合內部結構體，其質量接近於一個地球的質量。海王星內部的溫度非常高，它的核心溫度大約7000℃，對於它內部高溫熱源的產生，有幾種推測，一種可能是來自行星內核的放射熱源，另一種可能是來自行星生成時吸積盤塌縮能量的散熱，還有就是重力波對平流圈界面的擾動所產生的熱量。
它的地幔由富含水，氨，甲烷和其它物質成分構成，這種混合物被叫作「冰」，這其實不是真正意義上的冰，而是高度壓縮的過熱流體。這種高電導的流體通常也被叫做水-氨大洋，其總質量相當於10到15個地球質量。
海王星的大氣層主要由85%的氫氣，13%的氦氣，2%的甲烷，除此之外還有少量氨氣構成。從大氣層頂端到中心，甲烷，氨和水的含量隨高度降低而增加。密度、溫度逐漸升高，在內部的大氣底端進而逐漸和行星地幔的過熱液體混為一體。
因為甲烷對陽光中的紅光、橙光具有強烈的吸收作用。這樣，經過大氣反射後陽光的主要成分都是藍光、綠光，所以它們看上去是藍綠或深藍的顏色。
海王星距離太遠遙遠，從太陽上得到的熱量很少，所以它雲頂的溫度只有-218℃，它是太陽系最冷的地區之一。大氣層的壓力很大，約為地球大氣壓的100倍。它上面有著太陽系最強烈的風暴，測量到的風速高達2100km/h。大氣層中的甲烷經過太陽照射還會產生煙霧。
科學家最新研究顯示，海王星和天王星表面很可能包含著液態鑽石海洋。這種鑽石是一種非常堅硬的物質，很難被融化。它漂浮在液態鑽石的頂層，不會下沉，就像是鑽石冰川一樣。
海王星的軌道周期大約是164.79地球年。自轉周期是15小時57分59秒。