Neptunus is die agtste en sover bekend verste planeet van die Son af. In die Sonnestelsel is dit die vierde grootste planeet volgens deursnee, die planeet met die derde grootste massa en die digste reuseplaneet. Sy massa is 17 keer dié van die Aarde en effens groter as dié van Uranus. Neptunus is digter en fisies kleiner as Uranus omdat sy atmosfeer vanweë sy groter massa kleiner gedruk is deur sy swaartekrag. Die planeet wentel een keer elke 164,8 jaar om die Son op ’n gemiddelde afstand van 30,1 AE, of 4,5 miljard km. Dit is genoem na die Romeinse god van die see en sy sterrekundige simbool is ♆, ’n gestileerde weergawe van die god Neptunus se drietandvurk.
Galileo se tekeninge op 28 Desember 1612 en 27 Januarie 1613 is van die vroegste aangetekende waarnemings wat deur ’n teleskoop gedoen is – en dit bevat punte wat ooreenstem met wat nou bekend is die posisie van Neptunus is. Dit lyk of Galileo Neptunus op albei geleenthede vir ’n vaste ster aangesien het toe dit na aan Jupiter – in konjunksie – in die naglug was; hy kry dus nie die eer vir die planeet se ontdekking nie.
Le Verrier het gou aanspraak daarop gemaak om sy ontdekking ’n naam te gee en die naam "Neptunus" voorgestel, hoewel hy valslik beweer het die naam is amptelik deur die Franse Bureau des Longitudes goedgekeur. In Oktober wou hy die planeet "Le Verrier", na homself, noem. Hy is gesteun deur die sterrewag se direkteur, François Arago, maar dit het buite Frankryk groot teenstand gekry. Franse sterrekundige almanakke het gou die naam "Herschel" vir Uranus begin gebruik, na aanleiding van sy ontdekker, sir William Herschel, en "Leverrier" vir die nuwe planeet.
"Neptunus" het egter kort daarna die algemeen aanvaarde naam geword. Neptunus was in die Romeinse mitologie die god van die see, wat die Grieke Poseidon genoem het. Die keuse van ’n mitologiese naam was in ooreenstemming met die name van die ander planete behalwe die Aarde, wat almal na gode in die Griekse en Romeinse mitologie genoem is.
Van sy ontdekking in 1846 tot met die ontdekking van Pluto in 1930 was Neptunus die verste bekende planeet. Toe Pluto ontdek word, is dit as ’n planeet beskou en Neptunus het die tweede verste bekende planeet geword – behalwe vir ’n tydperk van 20 jaar tussen 1979 en 1999 toe Pluto vanweë sy elliptiese wentelbaan nader aan die Son was as Neptunus.
Die ontdekking van die Kuipergordel in 1992 het daartoe gelei dat baie sterrekundiges daaroor gedebatteer het of Pluto as ’n planeet of as deel van die Kuipergordel beskou moet word. In 2006 het die Internasionale Astronomiese Unie (IAU) die term "planeet" vir die eerste keer gedefinieer. Daarvolgens het Pluto ’n dwergplaneet geword en was Neptunus weer eens die verste bekende planeet in die Sonnestelsel.
Die mantel is 10 tot 15 aardmassas en is ryk aan water, ammoniak en metaan. Soos die gebruik in planetêre wetenskap is, word na hierdie mengsel verwys as yse, al is dit ’n warm, digte vloeistof. Dié vloeistof, wat ’n groot elektriese geleidingsvermoë het, word soms ’n water-ammoniak-oseaan genoem. Die mantel bestaan dalk uit ’n laag ioniese water waarin die watermolekules afgebreek word in ’n sop van waterstof en suurstofione en dieper af superioniese water waarin die suurstof kristalliseer, maar die waterstofione vrylik ronddryf binne die suurstofraamwerk.
Neptunus se kern is waarskynlik saamgestel uit yster, nikkel en silikate met ’n massa van sowat 1,2 keer dié van die Aarde. Die druk in die middel is 7 Mbar (700 GPa), sowat twee keer dié van die middel van die Aarde, en die temperatuur kan 5 400 K wees.
Neptunus se atmosfeer word in twee hoofstreke verdeel: die laer troposfeer, waar die temperatuur met die hoogte afneem, en die stratosfeer, waar die temperatuur met die hoogte toeneem. Die grens tussen die twee, die tropopouse, lê by ’n druk van 0,1 bar (10 kPa). Die stratosfeer gaan dan oor in die termosfeer by ’n druk van laer as 10-5 tot 10-4 bar (1 tot 10 Pa). Die termosfeer gaan geleidelik oor in die eksosfeer.
Neptunus se magnetosfeer stem baie ooreen met dié van Uranus, met ’n magneetveld wat baie skuins lê ten opsigte van sy draaias teen 47° en verplaas teen minstens 0,55 radiusse, of sowat 13 500 km van die planeet se fisiese middelpunt. Voor Voyager 2 se verbyvlug is gehipotetiseer dat Uranus se skuins magnetosfeer die gevolg van sy sywaartse rotasie is. Nadat wetenskaplikes die magneetvelde van die twee planete vergelyk het, glo hulle nou die uiterse oriëntasie kan die gevolg wees van strome in die planete se binnekant. Die veld kan geskep word deur konvektiewe vloeistofbewegings in ’n dun sferiese skild van elektries geleidende vloeistowwe (moontlik ’n kombinasie van ammonial, metaan en water) wat tot ’n dinamo-aksie lei.
Neptunus verskil van Uranus wat betref sy tipiese vlak van weeraktiwiteit. Voyager 2 het tydens sy verbyvlug van 1989 weerverskynsels op Neptunus waargeneem, maar geen vergelykbare verskynsels op Uranus tydens sy verbyvlug van 1986 nie.
In 1989 het Nasa se Voyager 2-ruimtetuig die Groot Donker Vlek, ’n antisikloniese storm wat oor 13 000 × 6 600 km strek, ontdek. Die storm het soos Jupiter se Groot Rooi Vlek gelyk. Sowat vyf jaar later, op 2 November 1994, het die Hubble-ruimteteleskoop nie die Groot Donker Vlek op die planeet gesien nie. In plaas daarvan is ’n soortgelyke storm in die noordelike halfrond ontdek.
Die groter wisselings in Neptunus se weer in vergelyking met dié van Uranus is gedeeltelik vanweë sy groter interne verhitting. Die boonste streke van die planeet se troposfeer het ’n lae temperatuur van tot 51,8 K (-221,3 °C). Op ’n diepte waar die atmosfeerdruk gelyk is aan 1 bar (100 kPa) is die temperatuur 72 K (-201,15 °C). Dieper binne-in die lae gas styg die temperatuur voortdurend. Nes met Uranus die geval is, is die bron van dié verhitting onbekend, maar die afwyking is groter: Uranus straal net 1,1 keer die hitte uit wat dit van die Son af kry; daarteenoor straal Neptunus omtrent 2,61 keer soveel energie uit as wat dit van die Son af kry. Neptunus is die verste bekende planeet van die Son af en lê meer as 50% so ver van die Son af as Uranus. Dit kry net 40% van Uranus se sonlig, en tog is sy interne energie groot genoeg om die vinnigste winde in die Sonnestelsel aan te dryf. Afhangend van die termiese eienskappe van sy binnekant, kan die hitte wat ná Neptunus se vorming oor is, dalk die huidige hittevloei verduidelik. Dit is egter moeiliker om terselfdertyd Uranus se gebrek aan interne hitte te verduidelik as ’n mens die skynbare ooreenkomste tussen die twee planete in ag neem.
Omdat Neptunus nie ’n soliede liggaam is nie, ondergaan sy atmosfeer differensiële rotasie. Die breë ewenaarsone draai met ’n periode van sowat 18 uur, wat stadiger is as die 16,1 uur van die planeet se magneetveld. Die teenoorgestelde is waar van die poolstreke, waar die rotasieperiode 12 uur is. Hierdie verskil is die grootste van enige planeet in die Sonnestelsel, en die gevolg is ’n sterk latitudinale windskeur.
Neptunus se wentelbaan het ’n groot impak op die streek net daaragter, bekend as die Kuipergordel. Dié gordel is ’n ring klein yswêrelde soortgelyk aan die asteroïdegordel, maar veel groter – dit strek van Neptunus se wentelbaan by 30 AE tot sowat 55 AE van die Son af. Baie soos wat Jupiter se swaartekrag die asteroïdegordel oorheers en sy struktuur bepaal, oorheers Neptunus se swaartekrag die Kuipergordel. Deur die bestaan van die Sonnestelsel het sekere streke van die Kuipergordel gedestabiliseer geraak deur Neptunus se swaartekrag en gapings in die struktuur daarvan veroorsaak. Die streek tussen 40 en 42 AE is ’n voorbeeld.
’n Alternatiewe idee is dat hulle nader aan die Son gevorm het waar die materie digter was, en daarna na hulle huidige posisies gemigreer het ná die verwydering van die gasagtige protoplanetêre skyf. Die teorie van migrasie ná vorming word verkies, want dit verduidelik die voorkoms van populasies klein voorwerpe in die streek anderkant Neptunus beter. Die model wat tans die algemeenste aanvaar word, is die Nice-model, wat die uitwerking verduidelik van die migrasie van Neptunus en die ander reuseplanete op die struktuur van die Kuipergordel.
Neptunus het ’n planetêre ringstelsel, maar heelwat minder beduidend as Saturnus s’n. Die ringe bestaan dalk uit ysdeeltjies met ’n laag silikate of koolstofgebaseerde materiaal, wat hulle waarskynlik ’n rooierige kleur gee. Die drie hoofringe is die smal Adamsring, 63 000 km van die middel van Neptunus af, die Le Verrierring op 53 000 km en die breër, dowwer Gallering op 42 000 km. ’n Dowwe uitwaartse uitbreiding van die Le Verrierring word Lassell genoem; dit word aan die buitekant ingeperk deur die Aragoring op 57 000 km.
Die eerste planetêre ring is in 1968 waargeneem deur ’n span onder Edward Guinan. In die vroeë 1980's het ’n ontleding van dié data en nuwer waarnemings tot die hipotese gelei dat dié ring onvolledig is. Bewyse dat die ring gapings kan hê het die eerste keer duidelik geraak tydens ’n stellêre okkultasie in 1984 toe die ringe ’n ster tydens immersie verdwerg het, maar nie tydens emersie nie. Foto's deur Voyager 2 in 1989 het die kwessie opgelos deur verskeie dowwe ringe te wys.
Waarnemings van die Aarde af het blykbaar in 2005 gewys Neptunus se ringe is veel meer onstabiel as wat vroeër geglo is. Foto's wat in 2002 en 2003 van die W.M. Keck-sterrewag af geneem is, toon ’n aansienlike aftakeling in die ringe in vergelyking met foto's deur Voyager 2. Dit lyk veral of die Liberté-boog in net sowat ’n eeu kan verdwyn.
In 2018 het die Europese Suidelike Sterrewag ’n unieke lasergebaseerde metode ontwikkel om duidelike hoëresolusiefoto's van Neptunus van die oppervlak van die Aarde af te neem.
Voyager 2 is die enigste ruimtetuig wat Neptunus nog besoek het. Sy naaste afstand van die planeet was op 25 Augustus 1989. Omdat dit die laaste groot planeet was wat die tuig kon besoek, is besluit om dit naby Triton te laat verbyvlieg, ongeag die gevolge vir die tuig se baan, net soos gedoen is met Voyager 1 se verbyvlug van Saturnus en sy maan Titaan. Die foto's wat na die Aarde teruggestuur is, was die basis van ’n Amerikaanse deurnagprogram, Neptune All Night, op televisie. Dit het ook naby die maan Nereïde verbygevlieg.
Die tuig het die bestaan van ’n magneetveld om die planeet bevestig en ontdek die veld was verplaas van die middel af en skuins, nes Uranus s’n. Neptunus se rotasieperiode is vasgestel en Voyager 2 het ook gewys die planeet het ’n verbasend aktiewe weerstelsel. Ses nuwe mane is ontdek en daar is ontdek Neptunus het meer as een ring.
Die volgende stap ná die Voyager 2-verbyvlug is moontlik ’n Flagship-wentelsending. So ’n hipotetiese sending is moontlik in die laat 2020's of vroeë 2030's. Daar was egter al besprekings oor ’n vroeër sending.