Faits: A. S._, né en 1977, travaille pour le bureau d'ingénieurs X._ SA et est, à ce titre, assuré contre le risque d'accidents et de maladie professionnelle auprès de la Caisse nationale suisse d'assurance en cas d'accidents (CNA). Par une déclaration d'accident du 10 octobre 2007, l'employeur a informé la CNA que S._ présentait une incapacité de travail depuis le 1er octobre précédent en raison d'une entorse à l'épaule droite. Il ressort de cette déclaration ainsi que des réponses de l'assuré au questionnaire de la CNA que celui-ci avait ressenti des douleurs au dos et à l'épaule droite après des travaux qu'il avait effectués sur des antennes Y._ le vendredi 28 septembre 2007; le dimanche suivant, il avait participé à un match de unihockey au cours duquel «il y a[vait] eu quelques contacts musclés mais pas de douleurs supplémentaires»; c'était au moment où il conduisait sa voiture pour rentrer chez lui qu'il avait éprouvé une douleur aiguë à l'épaule droite à l'occasion d'un changement de vitesses; arrivé à la maison, il avait constaté que son épaule avait enflé; le lendemain, il s'était rendu à l'Hôpital Z._. La doctoresse F._, qui a donné les premiers soins, a fait état d'une «contusion versus luxation» à la suite d'un «choc direct à l'épaule droite en pratiquant le hockey» (rapport médical LAA du 11 décembre 2007). Le docteur H._, auquel l'assuré s'est adressé ensuite, a posé le diagnostic d'une «entorse acromio-claviculaire droite» résultant d'un «choc contre l'épaule avec un autre joueur lors d'un match de hockey [...]» (rapport médical LAA du 11 janvier 2008). L'assuré a suivi des séances de physiothérapie et repris son travail le 11 octobre 2007. Le 27 février 2008, la CNA a rendu une décision par laquelle elle a refusé de prendre en charge le cas en l'absence d'un événement accidentel, d'une lésion assimilée à un accident ou d'une maladie professionnelle. Saisie d'une opposition, elle l'a écartée dans une nouvelle décision du 30 septembre 2008. B. Par jugement du 13 mai 2009, la Cour des assurances sociales du Tribunal administratif du canton de Neuchâtel a rejeté le recours formé par l'assuré contre la décision sur opposition de la CNA du 30 septembre 2008. C. S._ interjette un recours en matière de droit public contre ce jugement, dont il requiert l'annulation. Sous suite de frais et dépens, il conclut à la reconnaissance du caractère accidentel de l'événement décrit dans la déclaration d'accident du 10 octobre 2007 et, par conséquent, à l'allocation par la CNA des prestations légales d'assurance. Subsidiairement, il conclut au renvoi de la cause à l'assureur-accidents. La CNA conclut au rejet du recours. L'Office fédéral de la santé publique a renoncé à se déterminer.