继续前往海王星的旅程之前，于1986年1月24日最接近天王星，距离近达81,500公里。航海家2号研究了天王星大气层的结构和化学组成，发现了10颗新卫星，还研究了天王星因为自转轴倾斜97.77°所造成的独特气候，并观察了天王星的环系统。他也研究了天王星的磁场：不规则的结构、倾斜的磁轴、和如同拔塞螺丝般扭曲并斜向一侧的磁尾。他对最大的五颗卫星做了首度的详细调查，并研究当时已知的九圈光环，也新发现了两道光环。