那個不是海海王星的組成成份與天王星的很相似：各種各樣的“冰”和含有15％的氫和少量氦的岩石。海王星相似於天王星但不同於土星和木星，它或許有明顯的內部地質分層，但在組成成份上有著或多或少的一致性。但海王星很有可能擁有一個岩石質的小型地核（質量與地球相仿）。它的大氣多半由氫氣和氦氣組成。還有少量的甲烷。

海王星的藍色是大氣中甲烷吸收了日光中的紅光造成的。

作為典型的氣體行星，海王星上呼嘯著按帶狀分佈的大風暴或旋風，海王星上的風暴是太陽系中最快的，時速達到2000千米。

和土星、木星一樣，海王星內部有熱源－－它輻射出的能量是它吸收的太陽能的兩倍多。

在旅行者2號造訪海王星的期間，行星上最明顯的特徵就屬位於南半球的大黑斑（The Great Dark Spot）了（左圖）。黑斑的大小大約是木星上的大紅斑的一半（直徑的大小與地球相似），海王星上的疾風以300米每秒（700英里每小時）的速度把大黑斑向西吹動。旅行者2號還在南半球發現一個較小的黑斑極一以大約16小時環繞行星一週的速度飛駛的不規則的小團白色煙霧，現在得知是“The Scooter”（右圖）。它或許是一團從大氣層低處上升的羽狀物，但它真正的本質還是一個迷。

然而，1994年哈博望遠鏡對海王星的觀察顯示出大黑斑竟然消失了！它或許就這麼消散了，或許暫時被大氣層的其他部分所掩蓋。幾個月後哈博望遠鏡在海王星的北半球發現了一個新的黑斑。這表明海王星的大氣層變化頻繁，這也許是因為雲的頂部和底部溫度差異的細微變化所引起的。