Neptuns indre struktur minner om Uranus sin. Atmosfæren utgjør rundt 5 til 10 prosent av planetens masse og strekker seg kanskje 10 til 20 prosent av veien inn mot kjernen, hvor atmosfæren når trykk på opp mot 10 GPa. I de lavere regionene av atmosfæren er det oppdaget økende konsentrasjoner av metan, ammoniakk og vann i forhold til i de høyere regionene.