成份、内部结构也与类木行星有显着差别，海王星和天王星一起常常被归为类木行星的一个子类：冰巨星。在寻找太阳系外行星领域，海王星被用作一个通用代号，指所发现的有着类似海王星质量的系外行星， 就如同天文学家们常常说的那些系外“木星”。海王星大气的主要成分是氢和有着较小比例的氦，此外还含有微踪质量的甲烷。甲烷分子光谱的主要吸收带位于可见光谱红色端的600 纳米波长，大气中甲烷对红色端光的吸收使得海王星呈现蓝色色调。因为轨道距离太阳很远，海王星从太阳得到的热量很少，所以海王星大气层顶端温度只有-218 °C（