A Neptunuszt az Uránusz mozgásában megfigyelt változások alapján Johann Galle fedezte fel 1846-ban, Urbain Le Verrier számításai alapján. A számításokat tőle függetlenül John Couch Adams is elvégezte, de azok csak később kerültek nyilvánosságra. A Neptunusz a nevét az egyik legősibb római istenről kapta. A provinciákban a helyi víz- és tengeristennel tartották azonosnak. A görög Poszeidónnal azonosították. Eddig a Neptunuszt csak egyetlen űrszonda, a Voyager-2 látogatta meg 1989. augusztus 25-én, amikor elrepült a közvetlen közelében. Terveznek egy jövőbeli, a bolygó körül pályára álló űrszondát.
A Neptunusz külső bolygó, a legkülső a Naprendszerben. 30-szor messzebb van a Naptól, mint a Föld, pályája majdnem kör alakú. A legkisebb óriásbolygó (Jupiter típusú bolygó), nagyon hasonlít az Uránuszhoz. A többi óriásbolygónál nagyobb a sűrűsége (1,64 g/cm3). Keringési ideje 164,79 földi év, felfedezése óta épp egy keringést végzett. A Földről nézve nagyon lassan mozog a csillagokhoz képest.
Felszíni rétege élénk kék, rajta metánból álló, fátyolszerű, fehér felhőfoltok vannak. Színét annak köszönheti, hogy a légkör 2%-át alkotó metán elnyeli a vörös fényt, és a kéket veri vissza. A felhőzet felszínén sötét foltok, légköri viharok láthatók, amelyek kisebb sebességgel haladnak, mint a környező légkör. Ilyen vihar pl. a 10 000 km méretű Nagy Sötét Folt. Egyes felhőalakulatok csak néhány percen át maradnak fenn. Ezek a melegebb rétegekből bukkannak elő, majd lehűlnek és alámerülnek. A szelek sebessége nagy, és a bolygó forgásához képest különféle irányokban fújnak.
A Neptunusznak a Földéhez hasonlóan erős mágneses tere van. A mágneses tengely és a forgástengely 47 fokos szöget zár be egymással, valamint a mágneses tengely nem megy át a bolygó középpontján.
Gyűrűrendszer övezi, és 13 holdja ismert. A Jupiterhez hasonlóan vannak trójai-kisbolygói, a pályáján előtte 60 fokkal keringenek.
