气层可能分层。海王星表面温度为摄氏-218度，是太阳系中温度最低的行星，也是最靠近绝对零度的行星。表面风速可达每小时2000公里，约秒速550公尺，而音速为每秒343.2公尺/每小时1236公里，远远超过音速的风速形成了特异的气候现象。此外，海王星有磁场和极光。还有因甲烷受太阳照射而产生的烟雾。
大气层.在高海拔处，海王星的大气层80%是氢和19%是氦 ，也存在着微量的甲烷。主要的吸收带出现在600奈米以上波长的红色和红外线的光谱位置。与天王星比较，它的吸收是大气层的甲烷部分，