O planeta é formado por um pequeno núcleo rochoso ao redor do qual encontra-se uma camada formada possivelmente por água, amônia e metano sobre a qual situa-se sua turbulenta atmosfera, constituída predominantemente de hidrogênio e hélio. De fato, notáveis eventos climáticos ocorrem em Netuno, inclusive a formação de diversas camadas de nuvens, tempestades ciclônicas visíveis, como a já extinta Grande Mancha Escura, além dos ventos mais rápidos do Sistema Solar, que atingem mais de km/h. A radiação solar recebida por Netuno não seria suficiente para fornecer tamanha energia à turbulenta atmosfera, pelo que descobriu-se que o calor irradiado do centro do planeta possui um papel importante na manutenção destes eventos meteorológicos extremos. A pequena quantidade de metano nas camadas altas da atmosfera é, em parte, responsável pela coloração azul do planeta.

Ao redor de Netuno orbitam quatorze satélites naturais conhecidos, dos quais destaca-se Tritão, de longe o maior. Um tênue e incomum sistema de anéis também existe, exibindo uma estrutura irregular com concentrações de material que formam arcos. Sua influência gravitacional afeta as órbitas de corpos menores situados além, no Cinturão de Kuiper, entrando em ressonância orbital.