Neptunun müşahidəsinə dair ilk qeydlər Qalileo Qalileyə məxsusdur. O, 28 dekabr 1612-ci il və 27 yanvar 1613-cü ildə Neptunu müşahidə etmiş, buna baxmayaraq hərəkətsiz olduğunu düşünməsi səbəbindən ulduz olduğunu zənn etmişdir. Bu səbəbdən də Qalileo Qalileyin müşahidəsi Neptunun kəşfi kimi qiymətləndirilmir. Qalileyin ilk müşahidəsini apardığı vaxtlar Neptun və Yerin orbitdəki hərəkət istiqamətləri tərsinə dönməkdə idi. Bu qısa müddətdə planetlər Yerdən hərəkətsiz kimi müşahidə olunur. Bu da dövrün teleskopu ilə Qalileyin Neptunun hərəkətini müşahidə etməsini çətinləşdirmişdir. Bununla yanaşı, 2009-cu ilin iyulunda Melburn Universitetində fizik olan Devid Ceymison Qalileo Qalileyin Neptunun hərəkət etməsini müşahidə etməsinin mümkün olduğunu bildirmişdir.

1821-ci ildə Neptunun qonşusu olan Uranın orbitinin astronomik cədvəlini dərc etdi. Uranın orbitinin müşahidəsi əsasında formalaşdırılan bu cədvəldə xətaların olduğu aşkarlandı. Aleksi Buva hələ bilinməyən bir planetin Urana cazibə qüvvəsi ilə təsir göstərərək, xətalara səbəb ola biləcəyi düşüncəsini ortaya atdı. 1843-cü ildə Con Adams Uranın orbiti ilə bağlı məlumatlara əsaslanaraq tədqiqatlara başladı. Daha sonra o, rəhbəri olan vasitəçiliyi ilə Krallıq astronomu olan 1844-cü ilin fevral ayında yeni göstəricilər istədi. Con Adams 1845–1846-cı illərə qədər tədqiqatlarına davam etdi və yeni planetlə bağlı bir sıra fərqli təxminlər ortaya atdı.

1845–1846-cı illərdə müstəqil şəkildə yeni planetin yeri ilə bağlı bir sıra hesablamalar ortaya atdı. Buna baxmayaraq, onun işləri Fransada geniş əks-sədaya səbəb olmadı. 1846-cı ilin iyun ayında Urban Leveryenin dərc etdiyi göstəriciləri görən Corc Eri, göstəricilərin Con Adamsın göstəriciləri ilə uyğunluq təşkil etdiyini gördü. Bu səbəbdən də Corc Eri Kembric Rəsədxanasının rəhbəri olan Ceyms Şalini ehtimal olunan yeni planeti axtarmağa razı saldı. Ceyms Şali 1846-cı ilin avqust ayından sentyabradək göyü müşahidə etsə də, nəticə əldə edə bilmədi.

astronom olan məktub yazaraq, onu yeni planeti axtarmağa təşviq etdi. Berlin Rəsədxanasında tələbə olan Henrix d`Arrest İohann Qotrid Qala Urban Leveryenin təxmin etdiyi bölgənin hal-hazırkı vəziyyəti ilə o dövrə aid olan vəziyyətini, bir planetin sabit ulduza nəzərən yerdəyişməsini də nəzərə alaraq müqayisə etməsini təklif etdi. Neptun 23 sentyabr 1846-cı ildə, Urban Leveryenin məktubunu aldıqları günün gecəsi kəşf olundu. İohann Qotfird Qalın Neptunu müşahidə etdiyi yer Urban Leveryenin təklif etdiyi yerin 1° uzaqlığında idi ki, bu göstərici Con Adamsın təklif etdiyi yerdən 12° uzaqlıqda idi. Daha sonra 4 və 12 avqust tarixlərində Neptunu iki dəfə müşahidə etdiyinin fərqinə vardı. Buna baxmayaraq o, yenilənmiş ulduz xəritəsinə sahib deyildi və Neptunu müşahidə edərkən onun axtardığı yeni planet ola biləcəyini düşünməmişdi.

Neptunun kəşfindən sonra, fransızlar və ingilislər arasında kəşfə haqq iddiası uğrunda kəskin milliyyətçi rəqabət başladı. Sonda beynəlxalq razılaşma ilə kəşfdə Con Adams və haqq iddialarının ortaq olması qərarlaşdırıldı. 1966-cı ildən bu yana başlayaraq Con Adamsın kəşfdə haqq iddiasına sahib olması məsələsinə şübhə ilə yanaşılmağa başlanıldı. Bundan sonra 1998-ci ildə yerləşən Neptun kağızları yenidən tədqiq olundu. Bu sənədlərin müşahidə olunmasından sonra Con Adamsın Urban Leverye ilə bərabər haqlara sahib olmadığı yanaşması ortaya atılmışdır. Onların yanaşmasına görə burada haqq iddiası planetin yerini müəyyənləşdirən və astronomları onu tapması üçün təşviq edən Urban Leveryeyə məxsusdur.

Kəşfindən keçən qısa müddət ərzində Neptun Leveryenin planeti ya da Uranın orbitinin xaricində yerləşən planet olaraq tanınırdı. Adla bağlı ilk təklif tərəfindən edilmişdir. O, Yanus adını təklif edirdi. İngiltərədə isə tərəfindən Okean adı təklif edilmişdir.

Kəşfini adlandırma haqqının özünə aid olduğunu bildirən yeni kəşf olunmuş planeti Neptun olaraq adlandırdı. Daha sonra isə, oktyabrda planetə öz adının verilməsini təklif etdi. Buna baxmayaraq onun bu təklifi Fransadan kənarda qəbul olunmadı. Fransız mənbələrində Uranın adı planeti kəşf edən Vilyam Herşelin şərəfinə Herşel olaraq dəyişdirildi. Neptun planetin adı isə Leverye olaraq qeyd olundu.

29 dekabr 1846-cı ildə Rusiya Elmlər Akademiyasına Neptun adını təklif etdi. Daha sonra Neptun adı beynəlxalq ictimaiyyət tərəfindən də qəbul edildi. Neptun Roma mifologiyasında dəniz tansı idi və onun yunan mifologiyasındakı qarşılığı Poseydon idi. Yerin adından başqa digər planetlərin adları Roma mifologiyasına uyğun gəlirdi. Neptunun da bu cür adlandırılması ilə ənənəyə sadiq qalındı.

Yunan-Roma mədəniyyəti ilə birbaşa əlaqəsi olmayan ölkələrdə də Neptun adının müxtəlif formalarından istifadə olunur. Çincə, Yaponca və Koreyacada Neptun mifologiyada dəniz tanrısı olduğu üçün planet Dəniz kralı ulduzu (çin. 海王星) olaraq adlandırılmışdır.Monqollar Neptunu Dalay Van (monq. Далайн ван) olaraq adlandırmışdır. Bu ad monqolların inancında olan dəniz tanrısının adı ilə bağlıdır. Yunanlar Neptunu Poseydon (yun. Ποσειδώνας, Poseidonas) olaraq adlandırmışdır.İvrit dilində planet üçün əvvəlcə Rahab (ivr. ‏רהב‏‎) adı istifadə olunurdu. Rahab haqqında Zəbur kitabında danışılan dəniz varlığıdır. Buna baxmayaraq 2009-cu ildən, İvrit Dili Akademiyasının qəbul etdiyi qərara görə planet latın dilindəki adına uyğun olaraq Neptun (ivr. ‏נפטון‏‎) şəklində adlandırılmışdır.Maorilər Neptunu mifologiyalarındakı dəniz tanrısı olan olan Tanqaroanın adı ilə adlandırmışlar.

Kəşf edildiyi 1846-cı ildən 1930-cu ildə Plutonun kəşf edilməsinə qədər bilinən ən uzaq planet olmuşdur. Pluton kəşf edildiyi dövrdə planet olaraq qəbul olunmuşdur. Plutonun orbitinin Günəşə Neptundan daha yaxın olduğu 1979–1999-cu illər arasında qalan 20 illik dövr istisna olmaqla, Neptun sonuncu planetdən əvvəlki planet olaraq hesab olunurdu. 1992-ci ildə Koyper qurşağının kəşfindən sonra, Plutonun qurşağın bir üzvü olması məsələsi astronomlar arasında mübahisəyə səbəb oldu. 2006-cı ildə Beynəlxalq Astronomiya İttifaqı planet anlayışının tərifini dəqiqləşdirdi və Pluton cırtdan planet olaraq yenidən təsnif olundu. Bu dövrdən sonra Neptun bilinən ən uzaqda yerləşən planet olaraq qəbul olunmuşdur.Günəş sisteminin Neptundan kənarda yerləşən kosmik cismləri Neptunxarici cismlər olaraq adlandırılır.

10243×10²⁶ kiloqramlıq kütlə ilə Yerdən 17 dəfə ağır olan Neptunun kütləsi Yupiterin kütləsinin 1/19-i qədərdir. Neptunda 1 bar təzyiqda 11,15 m/s² qravitasiya qüvvəsi vardır ki, bu göstərici Yerin səth qravitasiyasından 1,14 dəfə çoxdur. Bu göstərici ilə Neptun yalnız Yupiterdən geri qalır. Neptunun ekvator radiusu 24764 kilometrdir. Bu göstərici Yerin ekvator radiusundan təqribən 4 dəfə çoxdur. Neptun da Uran kimi və digər nəhəng planetlər olan Yupiter və Saturna nisbətən daha kiçikdir. Fiziki xüsusiyyətlərinə görə Neptunla oxşarlıq təşkil edən ekzoplanetləri şərti olaraq Neptunlar sinfinə daxil edirlər.

Neptunun daxili quruluşu Uranın daxili quruluşuna oxşardır. Neptunun atmosferi planetin ümumi kütləsinin 5–10%-ni, kənardan mərkəzə qədər olan məsafənin isə 10–20%-ni təşkil edir. Neptunda atmosfer təzyiqi 10 GPa-ya bərabərdir ki, bu göstərici Yerdəki atmosfer təzyiqindən 100000 dəfə çoxdur. Metan, Ammonyak və Su miqdarı atmosferin aşağı hissələrində daha yüksəkdir.

Neptunun mantiyası Yerin kütləsindən 10–15 dəfə çox kütləyə sahibdir və Su, Ammonyak və Metan baxımından zəngindir.Planetləri öyrənən elmdə bu quruluşa sahib olan mantiya buzlu olsa da, isti və axışqan olaraq adlandırılır. Yüksək səviyyədə elektrik keçiriciliyi olan bu sahə bəzən Su-Ammonyak okeanı olaraq adlandırılır. Mantiyanın ionlaşmış su qatının olduğu ehtimal olunur. Daha dərinlərdə superionlaşmış su olduğu ehtimal olunur ki, burada Oksigen kristallaşmış haldadır. Buna baxmayaraq Hidrogen ionları qəfəsin içində sərbəst şəkildə hərəkət edə bilir. 7000 km dərinlikdə yüksək təzyiq səbəbindən Metanın almaz kristalları olaraq dolu kimi yağdığı düşünülür. Lourens Livermor Milli Labaratoriyasında aparılan yüksək təzyiq təcrübələrindən əldə olunan nəticələr əsasında maye okeanında üzən almazların ola biləcəyi ehtimalı ortaya atılmışdır.

Neptunun nüvəsi Dəmir, Nikel və Silikatlardan təşkil olunmuşdur və Yerin kütləsindən 1,2 dəfə çox kütləyə sahibdir. Nüvənin mərkəzində təzyiq Yerin mərkəzində olanın iki qatı qədər, yəni 7 Mbar (700 GPa), temperatur isə təqribən 5100 °C-dir.

Neptunun atmosferinin 80%-ni Hidrogen, 19%-ni isə Helium təşkil edir. Atmosferdə az miqdarda Metana da rast gəlinir. Metanın görünən udulma zolaqlarının qırmızı və infraqırmızı spektrində 600 nm-dən çox dalğa uzunluğu vardır. Neptunun atmosferində Metanın olması ona görünən göy rəngini vermişdir. Uran da eyni səbəbdən firuzəyi rəngdə görünür. Uran və Neptunun atmosferindəki Metan miqdarı çox yaxın olduğu üçün, rənglərin fərqlənməsinin səbəbinin hələ məlum olmayan atmosfer qarışıqlarının olması düşünülür.

Neptunun atmosferi iki əsas qatdan ibarətdir. Altda yerləşən troposferdə istilik yüksəldikcə azalır. Üstdəki stratosferdə isə istilik yüksəldikcə artır. Bu iki qatın arasında sərhəd olan tropopauzda təzyiq 0,1 bar (10 kPa) səviyyəsindədir. Stratosferdən sonra isə təzyiqin 10⁻⁵−10⁻⁴ mikrobar arasında olduğu termosfer qatı gəlir. Termosfer tədricən ekzosfer qatına keçir.

Aparılan tədqiqatlar nəticəsində troposferdə yüksəklikdən asılı olaraq dəyişən tərkibli buludların olduğu aşkarlanmışdır. Yüksək hissələrdə yerləşən buludlar Metanın sıxlaşmasının mümkün olduğu 1 bardan daha az təzyiqlərdə meydana gəlir. 1–5 bar arası təzyiqdə Ammonyak və buludlarının meydana gəldiyi düşünülür. 5 bardan daha çox təzyiq olan yerlərdə isə buludların Su, Hidrogen sulfid, və Ammonyakdan meydana gəldiyi ehtimal olunur. Daha dərinliklərdə, istiliyin 0 °C, təzyiqin 50 bar olduğu yerlərdə su buzu buludlarının formalaşdığı düşünülür. Daha da alt hissələrdə isə Ammonyak və Hidrogen sulfid buludlarının olduğu düşünülür.

Neptunun yüksəkdə yerləşən buludlarının daha aşağıda yerləşən mat buludlar üzərinə saldığı kölgələr müşahidə olunmuşdur. Yüksəkdə yerləşən buludlar sabit enliklərdə planetin ətrafı boyu zolaqlar əmələ gətirmiş şəkildə görünür. Bu buludlar 50–150 km enə sahibdir. Bu yüksəkliklərdə, troposfer qatında hava hadisələri baş verir. Daha yüksək qatlar olan stratosfer və termosferdə hava hadisələri baş vermir. Uranın nisbətən kiçik ölçülü mantiyasından fərqli olaraq, Neptun daha böyük həcmli mantiyaya sahibdir.

Neptunun spektr analizləri göstərmişdir ki, alt stratosferdə ultrabənövşəyi şüalanmanın məhsulları olan Metanın fotolizləri, yəni Etan və Asetilen kimi qazlar qərarsız şəkildə sıxlaşmışdır. Bundan başqa stratosferdə az miqdarda Karbon monoksid və Sianid turşusu da vardır. Hidrokarbonların toplanması nəticəsində Neptunun stratosferi Uranın stratosferinə nəzərən daha istidir.

Bilinməyən səbəbdən Neptunun termosferi təqribən 1000 °C-yə bərabər olan anomal istiliyə sahibdir. Neptun Günəşdən ultrabənövşəyi şüaların bu istiliyə səbəb olmağa bəs etməyəcəyi qədər uzaqda yerləşir. Atmosferlə Neptunun maqnit sahəsindəki ionların reaksiyaya girməsi də ehtimal olunan səbəblərdən biridir. Digər namizədlərdən biri kimi də qravitasiya dalğalarının atmosferdə yayılması göstərilir. Bundan başqa, termosferdə az miqdarda və Su da vardır ki, bunların qaynağının meteor və tozlar olduğu düşünülür.

Neptunun maqnitosferi Uranın maqnitosferinə oxşayır. Neptunun maqnetik oxu öz oxu ilə 47° bucaq əmələ gətirir. Maqnitosfer 0,55 Neptun radiusunda, yəni planetin fiziki mərkəzindən 13500 km uzaqlıqda tarazlanır. Voyacer 2 kosmik gəmisi Neptuna çatmazdan əvvəl, Uranın maqnitosferinin əyriliyinə planetin həddən artıq meyilli olan oxunun səbəb olduğu düşünülürdü. Buna baxmayaraq, hər iki planetin maqnit sahələri müqayisə olunduqdan sonra alimlər əyriliyin səbəbi kimi bu planetlərin içlərində baş verən axıntıları göstərirlər. Bu maqnit sahəsinin maye axınlarının (ehtimal ki, Ammonyak, Su və Metan) səbəb olduğu dinamo təsiri nəticəsində meydana gəldiyi düşünülür.

Neptunun maqnit sahəsinin dipol komponenti ekvatorda təqribən 14 mikroteslaya (0,14 G) bərabərdir. Neptunun dipol maqnit momenti təqribən 2,2 x 10¹⁷ T·m³-ə bərabərdir. Neptunun radiusunun təqribən 34,9 qatına qədər olan uzaqlıqda, maqnit sahəsi Günəş küləyini yavaşladaraq şok dalğası meydana gətirir. Günəş küləyi ilə maqnitosfer arasındakı təzyiqin tarazlaşdığı maqnitopauz isə Neptunun radiusundan təqribən 23–26,5 dəfə irəlidədir. Maqnitosfer Günəş küləyinin təsirindən planetin radiusunun 72 qatına sahib olan uzantıya sahibdir.

Neptunnun havası sürəti 600 metr/saniyəyə çatan səsdən sürətli dinamik küləklərlə xarakterizə olunur. Buludların olduğu yüksəkliklərdə küləklərin orta sürəti ekvatorial bölgələrdə 400 metr/saniyə, qütb bölgələri ətrafında isə 250 metr/saniyəyə çatır. Neptun üzərindəki küləklərin böyük hissəsi planetin öz oxu ətrafındakı hərəkətinin əksinə əsir. Daha yüksəkliklərdə yerləşən buludlar qərbdən şərqə, daha aşağılarda yerləşən buludlarsa bunun əksi istiqamətdə əsir. 70°Cənub enliyində Neptundakı küləklərin sürəti 300 metr/saniyəyə çatır ki, bu da reaktiv qırıcı təyyarənin sürəti qədərdir.

Neptun meteoroloji aktivlik baxımından Urandan fərqlənir. Voyacer 2 kosmik gəmisi 1989-cu ildə, Neptun yaxınlığından keçişi zamanı burada aktiv atmosfer hadisələri müşahidə etmişdir. Buna baxmayaraq, daha əvvəl, 1986-cı ildə Uran yaxınlığından keçərkən Neptunla müqayisə olunacaq dərəcədə aktivlik müşahidə olunmamışdır.

Neptunun ekvatorial bölgələrində Metan, Etan və Asetilenin sıxlığı qütblərə yaxın bölgələrdə olduğundan 10–100 dəfə çoxdur. Bu da ekvatorda yüksəlmə, qütblərdə isə çökmənin olduğuna sübut kimi qəbul olunur.

2007-ci ildə −200 °C istiliyi ilə Neptunun cənub yarımkürəsində troposferin üst qatlarının Neptunun digər bölgələrindən 10 °C daha isti olduğu kəşf edildi. Bu istilik fərqi atmosferin digər hissələrində qatı halda olan Metanın qaz halına keçməsi üçün yetərlidir. Nisbətən daha isti olan bu bölgənin belə olmasının səbəbi isə həmin ildə Günəş şüalarının cənub yarımkürəsinə daha çox düşməsi nəticəsində bu yarımkürənin "yay" fəslinə daxil olmasıdır. Gələcəkdə fəsillərin dəyişməsi nəticəsində şimal yarımkürəsinə daha çox Günəş işığı düşəcəkdir və cənub yarımkürəsində baş verən proses bu zaman da şimal yarımkürəsində müşahidə olunacaqdır.

Fəsillərin dəyişməsi səbəbindən 1980-ci illərdən bu yana buludların planetin cənub yarımkürəsində sıxlaşdığı və albedonun bu bölgədə artdığı müşahidə olunmuşdur. Bunun 2020-ci illərə qədər belə davam edəcəyi düşünülür. Günəş ətrafında çox böyük məsafə qət etdiyi üçün, Neptunda bir fəsil 40 il çəkir.

1989-cu ildə Voyacer 2 kosmik gəmisi Neptunun yaxınlığından keçərkən 13000 km x 6000 km ölçüsündə olan və adlandırılan antisiklonu kəşf etmişdir. Bu qasırğa Yupiterdəki Böyük qırmızı ləkəyə oxşayır. Təqribən beş il sonra, 2 noyabr 1994-cü ildə Habbl teleskopu ilə Neptun müşahidə olunarkən Böyük tünd ləkə görülməmişdir. Bunun əvəzinə Böyük tünd ləkəyə oxşayan yeni qasırğa Neptunun şimal yarımkürəsində kəşf olunmuşdur.

Skuter adlandırlan başqa qasırğa isə cənubunda olan ağ bulud qrupudur. Bu ad 1989-cu ildə Voyacer 2 kosmik gəmisi tərəfindən kəşf olunarkən, Böyük tünd ləkəyə nəzərən daha sürətlə hərəkət etməsinin müşahidə olunması nəticəsində verilmişdir. Daha sonra əldə olunan şəkillər nəticəsində məlum olmuşdur ki, Skuterdə daha sürətlə hərəkət edən buludlar vardır. 1989-cu ildə Neptunda kəşf olunan ikinci ən aktiv qasırğa isə Neptunun cənubunda yerləşən siklonudur.

Neptundakı tünd ləkələrin görülməsi ilə bağlı qəbul olunmuş başlıca düşüncə kimi troposferin alt qatlarında yerləşən daha tünd rəngli hissələrin, daha parlaq olan üst qatlarda qasırğalar səbəbindən formalaşan deşiklərdən görülməsi göstərilir. Bu kimi qasırğalar adətən bir neçə ay mövcud olur və burulğan xüsusiyyətləri ilə xarakterizə olunur.

Neptun Uranla müqayisə olunduqda, ondan daha aktiv hava şəraiti və daxili isinməsi ilə fərqlənir. Neptun Günəşə Urandan 50% uzaqda yerləşməsinə və Urana nəzərən 40% daha az Günəş işığı qəbul etməsinə baxmayaraq, demək olar ki, Uranla eyni səth istiliyinə sahibdir. Neptun troposferinin üst bölgələri −221,3 °C istiliyə sahibdir. Atmosfer təzyiqinin 1 bar olduğu dərinlikdə istilik −201,15 °C-yə bərabərdir. Daha da dərinlərə endikcə qaz qatları içində istilik getdikcə yüksəlir. Uranda olduğu kimi Neptunda da bu daxili istiliyin qaynağı bilinmir. Buna baxmayaraq, Neptunda uyğunsuzluqlar daha çoxdur. Belə ki, Uranın yaydığı enerji Günəşdən aldığı enerjidən 1,1 dəfə çoxdur, ancaq Neptunda bu göstərici 2,61-ə bərabərdir. Bilinən Günəşdən ən uzaq planet olan Neptunun daxili enerjisi Günəş sistemindəki ən güclü küləkləri formalaşdıra biləcək qədər güclüdür. Nüvədəki radioaktivlikdən qaynaqlanan istilik, yüksək təzyiq altındakı Metanın Hidrogen, Karbon (almaz) və uzun zəncirli karbohidrogenlərə çevrilməsi nəticəsində ortaya çıxa biləcək enerji və alt troposferdəki konveksiya nəticəsində stratosferdə formalaşan hava dalğaları bu daxili istiliyə səbəblər arasında göstərilir.

Neptunla Günəş arasındakı uzaqlıq orta hesabla 4,5 milyard kilometrə (30,1 AV) bərabərdir. Neptun Günəş ətrafındakı hərəkətini 164,79 ± 0,1 ildə tamamlayır. Neptun Günəşə ən yaxın olduğu nöqtədə ondan 29,81 AV, ən uzaq olduğu nöqtədə isə 30,33 AV uzaqlıqda yerləşir.

12 iyul 2011-ci ildə Neptun kəşf olunduğu 1846-cı ildən hesablandıqda, müşahidə olunan ilk dövrəsini tamamlamışdır. Buna baxmayaraq, Neptun Yer səmasından kəşf olunduğu yerdə görülməyəcəkdir, çünki Yer öz orbitində o günə görə fərqli bir yerdə olacaqdır.

Neptunun orbit müstəvisi Yerin orbit müstəvisi ilə 1,77°-lik bucaq əmələ gətirir. Neptunun Günəş ətrafındakı orbitinin kənarmərkəzliyi 0,011 göstəricisinə bərabərdir. Bu səbəbdən də, Neptun bilinən Günəşə ən uzaq planet olmasına baxmayaraq, ən uzaq və ən yaxın nöqtələri arasındakı məsafə fərqi 101 milyon kilometrə bərabərdir.

Neptunun öz oxu 28,32° meyilliyə sahibdir. Bu meyillik göstəricisi ilə Neptun Yer (23°) və Marsla (25°) oxşardır. Bu səbəbdən də Yer və Marsda olduğu kimi Neptunda da fəsil fərqləri müşahidə olunur. Neptunun orbiti çox böyük olduğu üçün, burada fəsillər 40 Yer ili qədər davam edir. Neptun öz oxu ətrafında 16,11 saata dönür.

Neptun qatı səthə sahib olmadığı üçün, onun atmosferi enliklərdən asılı olaraq fərqli sürətlə dönür. Ekvatorial bölgələrdə tam dönüş 18 saat davam edir. Neptunun maqnit sahəsinin dönüşü buna nəzərən daha yavaşdır və 16,1 saat çəkir. Qütblərə yaxın bölgələrdə bu dönüş müddəti 12 saata qədər azalır. Günəş sistemində yerləşən qatı səthə sahib olmayan nəhəng planetlər içində, Neptun enlikləri arasında ən çox dönmə müddəti fərqi olan planetdir. Bu səbəbdən də Neptunda çox güclü qasırğalar baş verir.

Neptunun orbiti Koyper qurşağı üzərində ciddi təsirə sahibdir. Koyper qurşağı Marsla Yupiter arasındakı orbitdə yerləşən Asteroid qurşağına oxşayan kiçik və buzlu göy cismlərindən təşkil olunmuş bir qurşaqdır. Koyper qurşağı Günəşə 30 AV uzaqlıqda yerləşən Neptunun orbitindən başlayıb, Günəşdən 55 AV uzaqlığa qədər davam edir. Yupiterin cazibə qüvvəsi Asteroid qurşağına təsir etdiyi kimi, Neptunun cazibə qüvvəsi də Koyper qurşağına təsir göstərir. Günəş sistemi var olduğu dövrlərdən bu yana Koyper qurşağının müəyyən bölgələri Neptunun cazibəsi nəticəsində müvazinətini itirmişdir və boşluqlar meydana gəlmişdir. Günəşdən 40 və 42 AV uzaqlıqda yerləşən boşluqlara bunu örnək göstərmək olar.

Buna baxmayaraq, Günəş sisteminin var olduğu ilkin dövrlərdən bu yana bu boşluqlarda orbiti olan göy cismləri də vardır. Bu göy cismləri Neptunla 1:2 və 3:4 nisbətində rezonansdadırlar. 1:2 nisbəti ilə Neptunla rezonansda olan göy cismləri Neptun Günəş ətrafındakı bir dövrünü tamamladığı zaman, öz orbitinin yarısı qədər məsafə qət etmiş olur. Koyper qurşağında Neptunla 3:2 nisbətində rezonansda olan 200-dən çox göy cismi məlumdur. Neptunla 2:3 nisbətində rezonansda olan göy cismləri olaraq tanınır ki, bunların ən məşhur nümayəndəsi cırtdan planet olan Plutondur. Neptunla 3:4, 3:5, 4:7 və 2:5 nisbətində rezonansda olan göy cismləri Koyper qurşağında daha azdır.

Neptunun L₄ və L₅ Laqranj nöqtələrində olaraq adlandırılan göy cismləri vardır. Neptunun troyanları onunla 1:1 nisbətində rezonansdadırlar. Neptunun bəzi troyanlarının onunla bir dövrlərdə formalaşması mümkündür. Neptunun L₅ Laqranj nöqtəsində tapılmış 2008 LC₁₈ göy cismi kəşf olunmuş ilk Neptun troyanıdır. Neptunun (309239) 2007 RW₁₀ olaraq adlandırılan müvəqqəti peyki də vardır ki, onun təqribən 12500 ildir ki, Neptunun müvəqqəti peyki olduğu düşünülür.

olan Uran və Neptunun necə formalaşdığını izah etmək indiki mövcud modellərlə olduqca çətindir. Hal hazırda mövcud olan modellərə görə, Günəş sisteminin formalaşmasının ilkin dövrlərində sisteminin bu qədər kənar bölgələrində böyük planetlərin formalaşması üçün yetərli maddə yoxdu. Bu səbəbdən də ənənəvi olan cazibə qüvvəsinə əsaslanan ətrafdakı cismlərin toplanması nəticəsində formalaşan planetlər modelindən daha fərqli yanaşmanın olması zərurəti yarandı. Bir fərziyyə görə, buz nəhəngləri Günəş sisteminin ilkin dövrlərində maddə ilə daha zəngin olan iç hissələrində formalaşmışdı və zamanla indiki yerləşdikləri yerlərə doğru yerdəyişmə etmişdilər. Hal hazırda Koyper qurşağındakı kiçik göy cismlərinin sıxlığını da açıqlayan bu yanaşma astronomlar tərəfindən ən çox qəbul olunan yanaşmadır. Yerlərini dəyişən Neptun və digər qaz nəhənglərinin Koyper qurşağındakı göy cismlərinə təsirlərini tədqiq edən bu fərziyyə Nays modeli olaraq tanınır.

  Əsas məqalə: Neptunun peykləri

Neptunun bilinən 14 peyki vardır. Neptunun kəşf olunmasından 17 gün sonra, Uilyam Lassel tərəfindən planetin ən böyük peyki olan Triton kəşf olunmuşdur. Triton Neptunun kürəvi səthə sahib ola biləcək kütləsi olan tək peykidir və bütün peyklərin ümumi kütləsinin 99,5%-ni təşkil edir. Triton Günəş sistemində ətrafında döndüyü planetinin öz oxu ətrafındakı hərəkətinin əksi istiqamətində hərəkət edən ən böyük peykdir. Bu da Tritonun Neptunun cazibə qüvvəsi tərəfindən tutulmuş Koyper qurşağındakı keçmiş cırtdan planetlərdən biri olması düşüncəsini ortaya atmağa əsas verir.Triton Neptun ətrafında sinxronizə olunmuş şəkildə hərəkət edir və bu səbəbdən də Neptuna tərəf həmişə eyni üzü çevrilmiş olur. Triton Neptunun səbəb olduğu qabarma və çəkilmə təsirləri nəticəsində getdikcə planetə yaxınlaşmaqdadır və hesablamalara görə 3,6 milyard il sonra keçərək, parçalanıb yox olacaqdır. 1989-cu ildə Tritonda −235 °C istilik qeydə alınmışdır ki, Ay tədqiqat kosmik gəmisi tərəfindən Ayın −247 °C istilik qeydə alınana qədər Günəş sistemində ən soyuq yer hesab olunurdu.

Neptunun ikinci kəşf olunan peyki olan Nereida Günəş sistemində ən dartılmış elliptik orbitə sahib olan peykdir. Kənarmərkəzlilik göstəricisi 0,7512-yə bərabər olan Nereidanın Neptuna ən yaxın olduğu nöqtə ilə ən uzaq olduğu nöqtə arasındakı məsafə fərqi 7 dəfəyə çatır.

1989-cu ilin sentyabrında Voyacer 2 kosmik gəmisi Neptunun daha 6 peykini kəşf etmişdir. Bunlara Neptunun ikinci ən böyük peyki olan , ən uzaq peyki olan Larissa, ən içdəki dörd peyki olan Nayada, Talassa, Despina və Qalateya daxildir. 2002–2003-cü illərdə Neptunun kiçik və nizamsız olan beş yeni peyki kəşf olunmuşdur və 2004-cü ildə onların kəşfi açıqlanmışdır. 2013-cü ildə kəşf olunan S/2004 N 1 peyki, Neptunun kəşf olunan sonuncu peykidir.

Neptunun halqaları Saturnun halqaları ilə müqayisədə daha az diqqətəlayiqdir. Neptunun halqaları böyük ehtimalla buzla örtülmüş silikat və ya karbon əsaslı maddələrdən təşkil olunmuşdur və bu səbəbdən də qırmızımtıl rəngi vardır. Neptunun üç əsas dar halqası vardır. Bunlardan birincisi Neptunun mərkəzindən 63000 km uzaqlıqda yerləşən Adams halqası, ikincisi 53000 km uzaqlıqda yerləşən Leverye halqası, üçüncüsü isə 42000 km uzaqlıqda yerləşən Qal halqasıdır. Leverye halqasından kənara uzantı kimi solğun Lassel halqası vardır. Bu halqa da Neptunun mərkəzindən 57000 km uzaqlıqda yerləşən Araqo halqası ilə əhatələnmişdir.

Neptunun halqalarının olması ilk dəfə 1968-ci ildə rəhbərliyindəki komanda tərəfindən aşkarlanmışdır. 1980-ci illərin əvvəllərindəki yeni müşahidələr halqaların olması fərziyyətinin yarımçıq olması düşüncələrinin ortaya atılmasına səbəb oldu. 1989-cu ildə Voyacer 2 kosmik gəmisinin göndərdiyi şəkillər nəticəsində bir neçə solğun halqanın olduğu məlum oldu. Ən kənarda yerləşən Adams halqasının tanınan beş qövsü Cəsarət, Azadlıq, Bərabərlik 1, Bərabərlik 2 və Qardaşlıq olaraq adlandırılmışdır.

2005-ci ildə Yerdən aparılan müşahidələr nəticəsində Neptunun halqalarının əvvəllər düşünüləndən daha dayanıqsız olduğu məlum oldu. Voyacer 2 kosmik gəmisinin göndərdiyi şəkillərlə 2002–2003-cü illərdə U.M.Kek rəsədxanasından çəkilən şəkillər müqayisə olunduğu zaman, keçən illər ərzində Neptunun halqalarında sıradan çıxmaların olması məlum olmuşdur. Xüsusən də, Azadlıq qövsünün yüz ildən daha az müddət ərzində yox ola biləcəyi düşünülür.

Neptun +7,7 ilə +8 arasında dəyişən görünmə böyüklüyü göstəricisi ilə hətta Qalileo peykləri və cırtdan planet olan Sereradan da daha az göstəriciyə sahib olduğundan adi gözlə görülə bilmir. Neptunu teleskop və ya güclü binokl istifadə edərək, Urana oxşar şəkildə kiçik göy disk şəklində görmək mümkündür.

Neptun Yerdən çox uzaq olduğu üçün, bucaq diametri 2,2–2,4 qövs saniyəsi kimi kiçik göstəriciyə sahibdir. Bu göstərici ilə Günəş sisteminə daxil olan digər planetlər içində ən aşağı göstəriciyə sahibdir. Onun kiçik görünməsi müşahidə olunmasını çətinləşdirir. Neptunun müşahidəsi Habbl teleskopu və Yerdəki adaptiv optikaya sahib olan rəsədxanalarla məhduddur. Neptunun adaptiv optikaya sahib olan rəsədxanalardan müşahidəsində ilk dəfə 1997-ci ildə Havayda başlanmışdır. Texnologiyanın inkişaf etməsi nəticəsində adaptiv optik teleskoplarla getdikcə daha yaxşı nəticələr əldə etmək mümkün olur. Habbl teleskopu və adaptiv optik teleskoplardan istifadə olunaraq, 1990-cı illərin ortalarından bu yana Günəş sistemində kəşflərdə artım olmuşdur. Bu müddət ərzində xarici planetlərin yeni-yeni peykləri kəşf olundu. 2004–2005-ci illərdə Neptunun diametri 38–61 km aralığında dəyişən beş yeni kiçik peyki kəşf olunmuşdur.

Neptuna çatan tək kosmik gəmi Voyacer 2 kosmik gəmisidir. 25 avqust 1989-cu ildə Voyacer 2 kosmik gəmisi Neptuna ən yaxın olan uzaqlıqdan keçmişdir. Daha sonra eyni gündə Tritonun da yaxınlığından keçdi. Voyacer 2 kosmik gəmisinin Neptunla qarşılaşması zamanı Yerdən göndəricələk siqnalların kosmik gəmiyə çatması üçün 246 dəqiqə vaxt tələb olunurdu. Bu səbəbdən də, Voyacer 2 kosmik gəminə Neptunla qarşılaşacağı müddətdə edəcəyi işlər qabaqcadan əmrlər olaraq göndərilmişdi.

Voyacer 2 kosmik gəmisi tərəfindən Neptunun maqnit sahəsinin mövcud olması aşkarlanmışdır. Urandakı kimi Neptunun da mərkəzdən kənarlaşmış və əyri olan maqnit sahəsi olduğu məlum olmuşdur. Neptunun rotasiya müddəti radio emissiyaların ölçülməsi nəticəsində müəyyən olundu. Bununla yanaşı, Voyacer 2 kosmik gəmisi Neptunda olduqca aktiv hava hadisələrinin baş verdiyini müəyyənləşdirdi. Voyacer 2 kosmik gəmisi Neptunun altı yeni peykini kəşf etdi və planetin birdən çox halqaya sahib olduğunu aşkarladı.

Bu yaxın uçuş zamanı, planetin kütləsinin əvvəlcə hesablanığından 0,5% daha az olduğu məlum oldu. Bu kəşf nəticəsində Neptun və Uranın orbitlərinə təsir edən naməlum planetin olması fərziyyəsi öz əhəmiyyətini itirdi.

Voyacer 2 kosmik gəmisinin göndərilməsindən sonra, ikinci kosmik missiya kimi gələcəkdə Flaqman missiyasının həyata keçirilməsi düşünülür. Belə bir missiyanın həyata keçirilməsi vaxtı kimi ən tezi 2020-ci illər, ən geci isə 2030-cu illər düşünülür. Buna baxmayaraq, yeni Neptun missiyalarını həyata keçirmək vaxtını tezləşdirmək üçün müzakirələr olmuşdur.

• Burgess, Eric (1991). Far Encounter: The Neptune System. Columbia University Press. ISBN 978-0-231-07412-4.
• Moore, Patrick (2000). The Data Book of Astronomy. CRC Press. ISBN 978-0-7503-0620-1.
• Тейфель В. Г. Уран и Нептун — далёкие планеты-гиганты. — М.: Знание, 1982. — 64 с.
• Маров М. Я. Планеты Солнечной системы. — 2-е изд. — М.: Наука, 1986. — 320 с.
• Гребеников Е.А., Рябов Ю.А. Поиски и открытия планет. — М.: Наука, 1975. — 216 с. — (Главная редакция физико-математической литературы). — 65 000 экз.
• Гребеников Е.А., Рябов Ю.А. Поиски и открытия планет. — 2-е изд., перераб и доп. — М.: Наука, 1984. — 224 с. — (Главная редакция физико-математической литературы). — 100 000 экз.
• Солнечная система / Ред.-сост. В. Г. Сурдин. — М.: Физматлит, 2008. — 400 с. — ISBN 978-5-9221-0989-5.

• Miner, Ellis D.; Wessen, Randii R. (2002). Neptune: The Planet, Rings, and Satellites. Springer-Verlag. ISBN 978-1-85233-216-7.
• Standage, Tom (2001). The Neptune File. Penguin. ISBN 978-0-8027-1363-6.