اتمسفر خارجی نپتون به دلیل فاصله بسیار زیاد از خورشید سردترین مکان در منظومه شمسی با ۵۵ کلوین(−۲۱۸ درجه سلسیوس؛ −۳۶۱ درجه فارنهایت) است. دمای مرکز این سیاره ۵٬۴۰۰ کلوین (۵٬۱۰۰ درجه سلسیوس؛ ۹٬۳۰۰ درجه فارنهایت) می‌باشد.اتمسفر نپتون همچنین با سرعت باد ۲٬۱۰۰ کیلومتر بر ساعت (۵۸۰ متر بر ثانیه؛ ۱٬۳۰۰ مایل بر ساعت) رکورددار سرعت باد در میان سیارات منظومه‌ی خورشیدی است.
ویژگی‌ها
معمولاً همهٔ انسان‌های روی زمین این سیاره را به رنگ آبی می‌شناسند. این رنگ را گاز متان حاضر در جو نپتون که رنگ سرخ را جذب می‌کند و آبی‌حاصل از طیف نوری خورشید که بازتابیده می‌شود پدید می‌آید.نپتون از نظر ساختاری بسیار شبیه به سایر سیارات گازی به خصوص اورانوس است. تفاوتی که در ساختار سیاره‌هایی مانند اورانوس و نپتون دیده می‌شود، به سبب عدم حضور هیدروژن فلزی مایع است که در عوض آن یک ساختار متراکم آب مانندی در اطراف هسته وجود دارد. لایهٔ بیرونی‌تر نپتون متشکل از هیدروژن ملکولی مایع و هلیوم مایع است.اتمسفر و جو نپتون آبی رنگ است و درصد بازتابش بالائی دارد که حاکی از وجود یک جو غلیظ است. برابر با نتیجهٔ بررسی‌ها حضور مقداری متان نیز در این سیاره تأیید شده‌است. در کل، ترکیبات جو این سیاره به مانند سایر سیارات غول پیکر گازی شامل ۸۰ تا ۸۵ درصد هیدروژن و ۱۵ تا ۱۹ درصد هلیوم است.یک بار گردش نپتون به‌دور خورشید تقریباً ۱۶۵ سال طول می‌کشد، و بنابراین از زمان کشف این سیاره در سال ۱۸۶۴ تا کنون، تنها نزدیک به یک بار به دور خورشید گردیده‌است.دوره تناوب نجومی‌این سیاره ۱۶۴٫۷۹ سال است. از زمان کشف نپتون تا کنون فقط ۷۵ درصد مدار خود را طی کرده. دورهٔ تناوب چرخشی نپتون ۱۷ ساعت و ۵۰ دقیقه است. سرعت گریز از جاذبهٔ این سیاره نیز در حدود ۲۳ کیلومتر در ثانیه است. نپتون دارای دو قمر بزرگ بنام‌های نرعبید و تربتون (قمر) است و تعداد بسیار زیادی اقمار کوچک نیز دارد.پیش از این انتظار می‌رفت که نپتون از نظر جوی آرام‌تر از اورانوس باشد ولی مأموریت ویجر 2 نشان داد که بادهای نپتون بسیار بسیار شدید هستند. سرعت این بادها به ۶۴۰ کیلومتر در ساعت می‌رسد.
کشف
اگر در حرکت سیاره اورانوس در مدارش بی‌نظمی‌دیده نمی‌شد، قطعاً کشف نپتون دیرتر به وقوع می‌پیوست. در سال ۱۷۹۰ میلادی اختر شناس فرانسوی ژان‌باتیست دولامبر نقشه‌ای از مدار اورانوس به دست آورد. در چند سال اول موقعیت رصد شدهٔ اورانوس نسبت به نقشهٔ دولامبر یکی بود ولی به مرور زمان اختلافاتی میان این دو دیده شد. سرانجام دانشمندان به این نتیجه رسیدند که باید در این باره بازنگری شود. اخترشناس فرانسوی آلکسی بوار وظیفهٔ انجام این کار را داشت. در ابتدا محاسبات او از مدار اورانوس درست به نظر می‌رسید ولی پس از مدتی میان محاسبات او و مدار واقعی اورانوس نیز تفاوت‌هایی دیده می‌شد. بوار چنین طرح کرد که سیاره ای دورتر از اورانوس وجود دارد و آن را از مکان محاسبه شده به عقب می‌کشد.جان کاوچ ادامز از سال ۱۸۴۱ به تحقیق و محاسبه دربارهٔ سیارهٔ مجهول که فراتر از اورانوس وجود دارد پرداخت. سرانجام محاسباتش را در سپتامبر سال ۱۸۴۵ با اخترشناس مشهور سر جورج بیدل ابریدر میان گذاشت؛ آدامز از ایری خواسته بود به جستجوی این سیاره در آسمان بپردازد. تا مدتی ایری این کار را انجام نداد، شاید نمی‌خواست درخواست فردی ناشناس مثل آدامز را انجام بدهد ولی سرانجام در ژوئیهٔ سال ۱۸۴۶ از ستاره‌شناسی به نام جیمز کالبس خواست تا این کار را انجام دهد. کالیس در چهارم اوت سال ۱۸۴۶ نپتون را در آسمان دید ولی نتوانست ماهیت آن را تشخیص دهد.
در همین هنگام ستاره‌شناس فرانسوی اوربن ژان ژوزف لو وریه به محاسبهٔ سیارهٔ مجهول در آسمان پرداخت. سپس محاسباتش را همراه با نامه‌ای به یوهان گاله معاون رصدخانهٔ برلین فرستاد و از او خواست هر چه زودتر به جستجوی این سیاره در آسمان بپردازد. نامه روز ۲۳ سپتامبر سال ۱۸۴۶ به گاله رسید. او همان شب تلسکوپش را به سوی آسمان برد و سیاره را با یک درجه اختلاف نسبت به نقطهٔ پیشنهاد شده توسط لووریه در آسمان مشاهده کرد. رصدخانهٔ برلین به تازگی نقشه‌ای از آن بخش از آسمان به دست آورد، به همین علت کشف نپتون ممکن شده‌است.تا زمان بسیار طولانی مجادلهٔ بسیار ناخوشایندی بر سر این بود که چه کسی لیاقت عنوان کاشف نپتون را دارد. امروزه بیشتر ستاره‌شناسان بر این باوراند که آدامز و لووریه به دلیل انجام محاسبات پیچیده که سرانجام موجب کشف نپتون شد، کاشفان این سیاره هستند و یوهان گاله به عنوان کسی که برای نخستین بار این سیاره را رصد کرد در یادها می‌مانند.
جو و آب‌وهوا
۷۴ درصد هیدروژن، ۲۵ درصد هلیم و حدود ۱ درصد متان جو نپتون را تشکیل می‌دهند. به دلیل وجود متان در جو سیاره که به شدت نور قرمز را جذب می‌کند، نپتون این رنگ آبی دلنشین را به خود گرفته‌است. جوی از هیدروژن، هلیم و متان، گوشته‌ای از آب یخ زده، متان و آمونیاک و هسته‌ای از سنگ سیلیس ساختار نپتون را شکل می‌دهد. پس از کشف هم اطلاعات بسیار کمی‌دربارهٔ نپتون موجود بود تا این که در ۲۵ اوت سال ۱۹۸۹ وویجر2 از ۵ هزار کیلومتری این غول گازی گذشت و اطلاعات بسیار زیادی دربارهٔ این سیاره به دست آورد. برای مثال وویجر۲ کشف کرد که نپتون آب‌وهوای بسیار خشنی دارد و طوفان‌های پر سرعت همه جای این سیاره وجود دارند.
