"ดาวเนปจูน" เป็นดาวเคราะห์ขนาดใหญ่เป็นที่ ๔ ในระบบสุริยะ จุโลกได้ถึง ๖๐ ดวง ระยะห่างเฉลี่ยจากดวงอาทิตย์ ๔,๕๐๔ ล้านกิโลเมตร อยู่ไกลจากโลกมากจนไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่เท่านั้นจึงจะเห็นเป็นจุดริบหรี่ได้ สิ่งที่มนุษย์รู้เกี่ยวกับดาวเนปจูนในทุกวันนี้จึงเป็นข้อมูลที่ได้มาจากยาน "วอยเอเจอร์ ๒" ซึ่งโคจรสำรวจดาวเนปจูนระยะใกล้ เมื่อ พ.ศ. ๒๕๓๒
หลังจากค้นพบดาวยูเรนัสใน พ.ศ. ๒๓๒๔ แล้ว นักดาราศาสตร์เชื่อว่าต้องมีดาวเคราะห์ดวงหนึ่ง ส่งแรงรบกวนวิถีโคจรของดาวยูเรนัส จึงคำนวณหาตำแหน่งของดาวเคราะห์ดวงนั้นไว้ล่วงหน้า จนกระทั่งใน พ.ศ. ๒๓๘๙ จึงส่องกล้องโทรทรรศน์ ค้นพบดาวเนปจูนอยู่ใกล้เคียงกับตำแหน่งที่คำนวณไว้
ดาวเนปจูนมีลักษณะคล้ายกับดาวยูเรนัสหลายอย่าง เช่น มองจากกล้องโทรทรรศน์เห็นเป็นดวงสีน้ำเงิน บรรยากาศหนาทึบประกอบด้วยก๊าซไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นส่วนใหญ่ มีก๊าซมีเทน และไฮโดรคาร์บอนอีกเล็กน้อย เนื่องจากก๊าซมีเทนในบรรยากาศชั้นบนดูดกลืนแสงสีแดงไว้ และสะท้อนแสงสีน้ำเงินออกมา จึงทำให้เรามองเห็นดาวเนปจูนมีสีน้ำเงินคล้ายกับดาวยูเรนัส
• ลักษณะเด่นของดาวเนปจูน คือ เป็นดาวเคราะห์แห่งพายุ สภาพอากาศแปรปรวน พบพายุหมุนขนาดใหญ่เท่าโลกปรากฏเป็นจุดสีคล้ำเด่นชัด เรียกว่า "จุดดำใหญ่" อยู่ทางซีกใต้ของดาวเนปจูน ลักษณะคล้ายกับ "จุดแดงใหญ่" บนดาวพฤหัสบดี นอกจากนั้นยังมีจุดดำขนาดเล็กปรากฏอยู่ทางซีกเหนือของดาวเนปจูน เกิดขึ้นและหายไปไม่อยู่คงที่ และกลุ่มเมฆสว่างหมุนวนมีขนาดและรูปร่างไม่คงที่ เคลื่อนที่ไปรอบดาวเนปจูนอีกด้วย สันนิษฐานว่าลักษณะเหล่านี้เป็นพายุหมุนที่เกิดจากอุณหภูมิ และความกดอากาศระหว่างชั้นบรรยากาศแตกต่างกัน ทำให้เกิดกระแสอากาศหมุนวน กระแสลมบนดาวเนปจูนแรงจัดวัดความเร็วได้ถึง ๒,๐๐๐ กิโลเมตรต่อชั่วโมง การสังเกตจุดดำบนตัวดวงช่วยให้ทราบว่า ดาวเนปจูนหมุนรอบตัวเองครบรอบในเวลา ๑๘ ชั่วโมง
• ดาวเนปจูนอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์เป็นระยะทาง ๓๐ เท่า ของระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ นักดาราศาสตร์เคยคิดกันว่าดาวเนปจูนคงได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์น้อยมาก จนไม่น่าจะมีฤดูกาลเกิดขึ้น แต่กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลบันทึกภาพดาวเนปจูนต่อเนื่องนาน ๖ ปี สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลในบรรยากาศระหว่างซีกเหนือกับซีกใต้ของดาวเนปจูนได้อย่างชัดเจน
นักดาราศาสตร์ส่องกล้องโทรทรรศน์ค้นพบดาวบริวารดวงใหญ่ของดาวเนปจูนใน พ.ศ. ๒๓๘๙ ปีเดียวกับที่ค้นพบดาวเนปจูน เรียกชื่อว่า "ไทรทัน" (Triton) มีขนาดเล็กกว่าดวงจันทร์ของโลกเล็กน้อย เป็นดาวบริวารขนาดใหญ่เพียงดวงเดียวในระบบสุริยะที่โคจรสวนทางกับการหมุนรอบตัวเองของดาวเนปจูน สันนิษฐานว่าไทรทันคงเป็นสมาชิกในระบบสุริยะที่โคจรเข้าใกล้ และถูกดาวเนปจูนดึงดูดไว้เป็นบริวารเมื่อหลายพันล้านปีก่อน
นับถึง พ.ศ. ๒๕๔๙ ดาวเนปจูนมีดาวบริวารที่รู้จักแล้ว ๑๓ ดวง ๒ ดวงแรกพบจากกล้องโทรทรรศน์บนโลก คือ ไทรทัน กับ เนรีด (Nereid) อีก ๖ ดวงเป็นดาวบริวารขนาดเล็กที่ค้นพบได้จากภาพถ่ายของยานวอยเอเจอร์ ๒ ต่อมาด้วยเทคโนโลยีการถ่ายภาพผ่านกล้องโทรทรรศน์ นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบดาวบริวารดวงใหม่อีก ๕ ดวง เมื่อ พ.ศ. ๒๕๔๕ - ๒๕๔๖ ซึ่งล้วนมีขนาดเล็ก เส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ ๓๐ - ๔๐ กิโลเมตรเท่านั้น ปรากฏเป็นจุดริบหรี่และอยู่ไกลจากดาวเนปจูนมาก
หลังจากนักดาราศาสตร์ค้นพบว่าดาวยูเรนัสมีวงแหวนล้อมรอบ โดยอาศัยโอกาสขณะดาวเคราะห์เคลื่อนที่บังดาวฤกษ์ที่อยู่ไกล ทำการตรวจวัดแสงสว่างของดาวฤกษ์ที่ลดลง ต่อมาจึงใช้วิธีการเดียวกันนี้กับดาวเนปจูน และค้นพบวงแหวนของดาวเนปจูนด้วยการสังเกตผ่านกล้องโทรทรรศน์บนโลก วงแหวนที่เห็นมีลักษณะบาง แคบ และไม่เต็มวง แต่ยานวอยเอเจอร์ ๒ ซึ่งถ่ายภาพในระยะใกล้ ปรากฏว่าวงแหวนของดาวเนปจูน มี ๔ ชั้น ประกอบด้วยวัตถุเล็กๆ สีมืดคล้ำ กระจายเป็นวงรอบดาวเนปจูน วงแหวนบางส่วนเล็กและบางจนไม่สามารถสังเกตเห็นจากโลก สันนิษฐานว่าน่าจะเป็นฝุ่นที่เกิดจากเศษดาวเคราะห์พุ่งชนดาวบริวารของดาวเนปจูน จนฟุ้งกระจาย และถูกดาวเนปจูนดึงดูดไว้กลายเป็นส่วนประกอบในวงแหวนในภายหลัง