海王星离太阳很远，它的公转轨道半径大约为30个天文单位，也就是说这个距离大约是日地距离的30倍。由于它离太阳这么远，所以在海王星上看到的太阳和我们所看到的太阳大不一样，太阳显得那么遥远，其视角直径还不到我们所看到太阳的1/30.太阳给海王星的热量也少得可怜，仅仅只有地球所得到太阳热量的1/1000.在地球上看海王星很暗，它的亮度只有7.85等，只用肉眼是看不到的，必须使用望远镜才能看见这颗淡蓝色的行星。
从1968年海王星掩恒星BD-17°4388的观测中得知，海王星上是一个寒冷的世界，海王星表面温度很低，有效温度只有46K。它被浓厚的淡蓝色大气包围着。海王星的大气中主要成分是氢、甲烷和氨等。由于那里的温度非常低，所以在那里除氨之外还能凝聚成甲烷云。科学家们认为如果在海王星上有氩存在的话，甚至可以形成由氩结晶体组成的云。海王星上的云层特别厚。在大气最高层处温度达到135～200K，这一温度就远日行星而言是相当高的。
经过研究，科学家们提出了海王星的结构模型。他们认为海王星有一个质量和地球差不多相同的核心。它是由岩石构成的，其温度为2000～3000K。在海王星核的外面是质量较大的冰包层，据推测这个冰包层厚达8000千米。在冰包层的外面是稠密的大气。
现在已经知道海王星和天王星的大小差不多，它的赤道半径为24750千米，是地球赤道半径的3.88倍。海王星的自转周期是22小时左右，由于自转速度快产生较大的扁缩，使它的扁率达到0.0259.也就是说，海王星的赤道半径比极半径约长641千米。海王星的体积约为地球体积的57倍，它的平均密度为1.66克／厘米，所以海王星的质量只是地球质量的17.22倍。在海王星的表面重力加速度比地球表面的重力加速度略大。
在海王星自转的同时，它在轨道上以每秒5.43千米的平均速度绕太阳公转。由于公转轨道漫长公转速度又小，所以海王星需要164.8年才能绕太阳转1周。如果我们在海王星上生活1年，地球上就已经过去将近165年了！它的一“年”比我们一生还长，在那里我们还活不到1岁。海王星的赤道面和轨道面有28°48′的交角，因此在这个星球上的1年中也有四季的变化。但是在海王星上的冬季和夏季温度的差别不大，都是那么寒冷。
1846年发现这颗新行星后不久，英国的天文学家拉塞尔就发现了海王星的1颗卫星——海卫1.海卫1可是一个不小的卫星，它不但比我们的月亮大，而且比冥王星还大，就是水星比它也大不了多少。海卫1在离海王星354000千米的圆形轨道上沿顺时针方向绕海王星旋转，它的自转与公转是同步的，因此它也和月球一样总是以同一半球面朝着海王星。海卫1的质量是3.4±2×1026克，是太阳系中质量最大的1颗卫星，在它的表面上可能存在着大气。
1949年美国的柯伊伯发现了海卫2，这是一个较小的卫星，它的半径约为120千米，质量至今尚未测出。海卫2在椭圆形轨道上绕海王星运行，它距海王星的平均距离是551万千米。它是顺行卫星，其轨道面和海王星的赤道面交角27.6°。海卫2的椭圆轨道很扁，偏心率约为0.75，在太阳系所有卫星中其轨道是最扁的一个。
海王星的两颗卫星很不相同，它们一近一远、一大一小、一逆行一顺行、一个轨道圆一个轨道扁。这在行星的卫星系中是十分特殊的，也是很引人注意的。海卫1是1颗14等星，海卫2是1颗19等星，它们都必须用大口径的天文望远镜才能看见。
1981年5月24日，美国的科学工作者在观测海王星掩星时，发现在海王星附近有1个小天体，它距海王星很近，所以人们认为它是海王星的第3颗卫星。从掩星的时间看，这颗新卫星的直径大约为100千米，星等为16～20等。
1977年发现了天王星的光环，1979年又发现了木星也有光环，那么海王星是不是也有光环呢？这个问题一直在吸引着人们。发现行星是否有光环最有效的方法是行星际探测器，1979年木星光环就是美国发射的“旅行者1号”探测器发现的。可是现在尚没有探测器飞往海王星，因此人们自然通过天王星光环发现的历史，想到观测海王星掩恒星来发现海王星的光环。
1980年8月21日观测海王星掩恒星时，澳大利亚的斯特隆洛山天文台的观测结果表明在距海王星1.5倍半径处有一个光环。1981年5月10日和5月24日发生了两次海王星的掩星事件，科学家们组织了较大规模的观测。但是观测并不成功，在5月24日的观测中恰好于距海王星为1.5海王星半径处有一减光，这与澳大利亚在第一次观测中的结果相近。但是这个减光时间短促，是不是由光环引起的还有待于今后的观测来证实。
美国科学家爱德华·吉南在重新检查了1968年新西兰一个天文台观测海王星掩恒星的资料后，对海王星光环有了新发现。他在1982年6月召开的美国天文学会上宣布了这个新发现。他们认为在非常靠近海王星的地方有两个光环，它们位于海王星云层上端2900千米和6750千米的地方。两个光环的宽度都在1930千米左右，它们是由冰块和碎石构成的。