Faits: A. A.a Le 8 octobre 2003, D._, né en 1973, maçon, a été victime d'une chute sur un chantier. Il se trouvait sur un échafaudage en train d'élever un mur, quand il a senti celui-ci bouger. Ayant pris peur, il a sauté. Il s'est réceptionné sur les deux pieds puis est tombé sur la fesse droite. Le lendemain, se plaignant de douleurs à la hanche, au genou et à la cheville gauches, il s'est rendu à l'hôpital Y._ où l'on a posé le diagnostic de contusions. La Caisse nationale suisse en cas d'accidents (CNA) - auprès de laquelle le prénommé était assuré - a pris en charge cet événement. Le traitement médical s'est terminé le 29 octobre 2003 et l'assuré a repris son travail le 3 novembre suivant. A.b Le 31 août 2004, l'employeur de D._, X._ Sàrl, a annoncé une rechute de l'accident du 8 octobre 2003. Un examen par IRM du genou gauche s'est révélé normal, hormis la présence d'une discrète chondropathie rotulienne. L'assuré a été incapable de travailler à 100% du 23 août au 12 septembre 2004, à 50% du 13 septembre 2004 au 27 février 2005, puis à nouveau à 100% du 28 février 2005 jusqu'au mois de juillet 2005. La CNA a versé ses prestations. A.c Le 8 mars 2006, X._ Sàrl a signalé une deuxième rechute (aggravation des douleurs au genou gauche). Un nouvel examen IRM est effectué, dont le résultat a montré, en sus de la chondropathie, une réaction oedémateuse du tissu sous-cutané et une image compatible avec une insertionite discrète du tendon rotulien. Le docteur L._ a pratiqué une arthroscopie mais n'a retenu aucun diagnostic particulier. Après avoir requis l'avis de son médecin d'arrondissement, la CNA a confié au docteur M._, chirurgien orthopédiste, le soin de réaliser une expertise médicale (rapport du 9 juillet 2007). L'expert a posé le diagnostic de syndrome douloureux chronique antérieur du genou gauche avec chondropathie rotulienne interne modérée et discrète insertionite proximale du tendon rotulien. A ses yeux, le statu quo ante avait été retrouvé dès la première reprise du travail de l'assuré. Comme il était néanmoins possible que l'accident ait décompensé un état latent, un retour au statu quo sine pouvait être admis au plus tard le 31 décembre 2006. Sur la base de ce rapport, la CNA a mis un terme à ses prestations au 31 décembre 2006, considérant que D._ ne présentait plus, dès cette date, de séquelles de l'accident assuré (décision du 22 novembre 2007). Saisie d'une opposition, elle l'a écartée dans une nouvelle décision du 5 mars 2008. B. Par jugement du 30 mai 2008, le Tribunal administratif du canton de Neuchâtel a rejeté le recours formé par l'assuré contre la décision sur opposition de la CNA (du 5 mars 2008). C. D._ interjette un recours en matière de droit public dans lequel il conclut, sous suite de frais et dépens, à l'annulation du jugement cantonal et à l'octroi, par la CNA, des prestations de l'assurance-accidents; subsidiairement, à la mise en oeuvre d'une expertise pluridisciplinaire à l'Hôpital Z._. La CNA conclut au rejet du recours. L'Office fédéral de la santé publique a renoncé à présenter une détermination.