公转轨道：距太阳45.04亿千米（30.06天文单位)
轨道倾角：1.769°
行星直径：49,532 千米（赤道）（是地球的3.88倍）赤道半径比极半径长约641km
质量：1.0247×10²⁶ 千克（为地球质量的17.135倍）
自转周期：15小时57分59秒
公转周期：约164.8个地球年
平均密度：1.66g/cm³发现者：Johann Galle
发现时间：1846年9月23日
亮度：7.85星等
平均温度：-353℉（-214℃)
平均云层温度：-193℃至-153℃
大气压：1-3B
大气成分：主要是氢、氦和甲烷，大气压力很大，约为地球大气压的100倍
表面重力加速度：比地球的略大，在两极为1180cm/s²，在赤道上约为1100cm/s²
表面逃逸速度：23.6km/s
卫星数：14颗
光环数：5条
离心率：0.01125 质量 1.0247e+26 千克 质量比（地球 = 1）1.7135e+01赤道半径（km) 24,746 赤道半径 （地球= 1） 3.8799e+00 平均密度（gm/cm³） 1.64 平均日距 (km) 4,504,300,000 平均日距（地球= 1） 30.0611 自转周期（小时） 16.11 公转周期 （年） 164.79 平均公转速度（km/秒） 5.45 公转轨道偏心率 0.0097 自转轴倾角（度） 29.56 公转倾角 （度） 1.774 赤道表面重力（m/秒²） 11.0 赤道逃逸速度 (km/秒） 23.50 视觉几何反射率 0.41 星等（Vo) 7.84 平均云层温度 -193到-153℃ 大气压（巴） 1-3 大气成份 氢85% 氦13% 甲烷2% 以其1.0247e+26 千克的质量，海王星是介于地球和巨行星（指木星和土星）之间的的中等大小行星：它的质量既是地球质量的17倍，也是木星质量的1/18。因为它们质量较典型类木行星小，而且密度、组成成份、内部结构也与类木行星有显著差别，海王星和天王星一起常常被归为类木行星的一个子类：冰巨星。在寻找太阳系外行星领域，海王星被用作一个通用代号，指所发现的有着类似海王星质量的系外行星，就如同天文学家们常常说的那些系外“木星”。
因为轨道距离太阳很远，海王星从太阳得到的热量很少，所以海王星大气层顶端温度只有-218 ℃（55 K），而由大气层顶端向内温度稳定上升。和天王星类似，星球内部热量的来源仍然是未知的，而结果却是显著的：作为太阳系最外侧的行星，海王星内部能量却大到维持了太阳系所有行星系统中已知的最高速风暴。对其内部热源有几种解释，包括行星内核的放射热源，行星生成时吸积盘塌缩能量的散热，还有重力波对平流圈界面的扰动。
海王星内部结构和天王星相似。行星核是一个质量大概不超过一个地球质量的由岩石和冰构成的混合体。海王星地幔总质量相当于10到15个地球质量，富含水，氨，甲烷和其它成份。作为行星学惯例，这种混合物被叫作冰，虽然其实是高度压缩的过热流体。这种高电导的流体通常也被叫作水-氨大洋。大气层包括大约从顶端向中心的10%到20%，高层大气主由80%氢和19%氦组成。甲烷，氨和水的含量随高度降低而增加。更内部大气底端温度更高，密度更大，进而逐渐和行星地幔的过热液体混为一体。海王星内核的压力是地球表面大气压的数百万倍通过比较转速和扁率可知海王星的质量分布不如天王星集中。 在高海拔处，海王星的大气层80%是氢和19%是氦，也存在着微量的甲烷。主要的吸收带出现在600纳米以上波长的红色和红外线的光谱位置。与天王星比较，它的吸收是大气层的甲烷部分，使海王星呈现蓝色的色调， 虽然海王星活泼的淡青色不同于天王星柔和的青色，由于海王星大气中的甲烷含量类似于天王星，一些未知的大气成分被认为有助于海王星的颜色。
海王星的大气层可以细分为两个主要的区域：低层的对流层，该处的温度随高度降低；和平流层，该处的温度随着高度增加。两层之间的边界，对流层出现在气压为0.1巴 (10kPa，1巴=0.1MPa=100kPa，约等于地球上1个标准大气压)处。平流层在气压低于10至 10微巴 (1-10Pa) 处成为热成层，热成层逐渐过渡为散逸层。
模型表明海王星对流层的云带取决于不同海拔高度的成分。高海拔的云出现在气压低于1帕之处，该处的温度使甲烷可以凝结。压力在1巴至5巴 (100kPa至500kPa)，被认为氨和硫化氢的云可以形成。压力在5帕以上，云可能包含氨、硫化氨、硫化氢和水。更深处的水冰云可以在压力大约为50巴 (5MPa)处被发现，该处的温度达到0 °C。在下面，可能会发现氨和硫化氢的云。
海王星高层的云会曾经被观察到在低层云的顶部形成阴影，高层的云也会在相同的纬度上环绕着行星运转。这些环带的宽度大约在50公里至150公里，并且在低层云顶之上50公里至110公里。
海王星的光谱建议平流层的低层是朦胧的，这是因为紫外线造成甲烷光解的产物，例如乙烷和乙炔，凝结。平流层也是微量的一氧化硫和氰化氢的来源海王星的平流层因为碳氢化合物的浓度较高，也比天王星的温暖。
这颗行星的热成层有着大约750K的异常高温，其原因至今还不清楚。要从太阳来的紫外线辐射获得热量，对这颗行星来说与太阳的距离是太遥远了。一个候选的加热机制是行星的磁场与离子的交互作用；另一个候选者是来自内部的重力波在大气层中的消耗。热成层包含可以察觉到的二氧化碳和水，其来源可能来自外部，例如流星体和尘埃。 在海王星和天王星之间的一个区别是典型气象活动的水平。1986年当旅行者2号航天器飞经天王星时，该行星视觉上相当平淡，而在1989年旅行者2号飞越期间，海王星展现了著名的天气现象。海王星的大气有太阳系中的最高风速，据推测源于其内部热流的推动，它的天气特征是极为剧烈的风暴系统，其风速达到超音速速度直至大约2100 km/h。在赤道带区域，更加典型的风速能达到大约1200km/h。根据蒲福风级即目前世界气象组织所建议的分级地球风速最大为12级风，约118 km/h。
1989年，美国航空航天局的旅行者2号航天器发现了大黑斑，它是一个欧亚大陆大小的飓风系统 。这个风暴类似木星上的大红斑。然而在1994年11月2日， 哈勃太空望远镜在海王星上没有看见大黑斑，反而在北半球发现了类似大黑斑的一场新的风暴。大黑斑失踪的原因尚未知晓。一种可能的理论是来自行星核心的热传递扰乱了大气均衡并且打乱了现有的循环样式。 滑行车（英文：Scooter)是位于大黑斑更南面的另一场风暴，是一组白色云团1989年，当它在旅行者2号造访前的那几个月被发现时，就被命名了这个绰号：因为它比大黑斑移动得更快。随后图像显示出还有比滑行车移动得更快的云团。小黑斑是一场南部的飓风风暴，在1989旅行者2号访问期间强度排在第二位。它最初是完全黑暗的，但在旅行者接近过程中，一个明亮的核心逐渐形成，并且出现在大多数最高分辨率的图像上。2007年又发现海王星的南极比其表面平均温度（大约为-200 ℃）高出约10 ℃。这样高出10 ℃的温度足以把甲烷释放到太空，而在其它区域海王星的上层大气层中甲烷是被冻结着的。
海王星在类木行星中的一个独有特点就是高层云彩在其下半透明的云基区域投下阴影。虽然海王星的大气远比天王星的活跃它们都是由相同的气体和冰组成。天王星和海王星都不是木星和土星那种严格意义上的类木行星而属于另一类的远日行星，即它们有一个较大的固体核而且还含有冰作为其组成成份。海王星表面温度非常低，1989年测到的顶端云层的温度低至-224 ℃ (49 K)。 海王星有着与天王星类似的磁层，它的磁场相对自转轴有着高达47°的倾斜 ，并且偏离核心至少0.55 半径，或是偏离物理上的中心13,500公里。在航海家2号抵达海王星之前，天王星的磁层倾斜假设是因为它躺着自转的结果，但是，比较这两颗行星的磁场，科学家认为这种极端的指向是行星内部流体的特征。这个区域也许是一层导电体液体（可能是氨、甲烷和水的混合体）形成的对流层流体运动，造成发电机的活动。
磁场的偶极成分在海王星的磁赤道大约是14microteslas（0.14 G）海王星的偶磁矩大约是2.2 × 10 T·m（14 μT·RN，此处RN是海王星的半径）海王星的磁场因为非偶极成分，包括强度可能超过磁偶极矩的强大四极矩，组合有很大的贡献，因此在几何结构上非常的复杂。相较之下地球、木星和土星的四极矩都非常小，并且相对于自转轴的倾角也都不大海王星巨大的四极矩也许是发电机偏离行星的中心和几何强制性的结果 。
海王星的弓形震波，在那儿磁层开始减缓太阳风的速度，发生在距离行星34.9行星半径之处。磁层顶，磁层的压力抵销太阳风的地方，位于23-26.5倍海王星半径之处，磁尾至少延伸至72倍的海王星半径，并且还会伸展至更远。 海王星也有光环。在地球上只能观察到暗淡模糊的圆弧，而非完整的光环。但旅行者2号的图像显示这些弧完全是由亮块组成的光环。其中的一个光环看上去似乎有奇特的螺旋形结构。同天王星和木星一样，海王星的光环十分暗淡，但它们的内部结构仍是未知数。人们已命名了海王星的光环：最外面的是Adams（它包括三段明显的圆弧，今已分别命名为自由Liberty，平等Equality和友爱Fraternity），其次是一个未命名的包有Galatea卫星的弧然后是Leverrier（它向外延伸的部分叫作Lassell和Arago），最里面暗淡但很宽阔的叫Galle。
这颗蓝色行星有着暗淡的天蓝色圆环，但与土星比起来相去甚远。当这些环由以爱德华·奎南为首的团队发现时曾被认为也许是不完整的。然而，“旅行者2号”的发现表明并非如此。
这些行星环有一个特别的“堆状”结构 其起因如今不明但也许可以归结于附近轨道上的小卫星的引力相互作用
认为海王星环不完整的证据首次出现在80年代中期，当时观测到海王星在掩星前后出现了偶尔的额外“闪光”旅行者2号在1989年拍摄的图像发现了这个包含几个微弱圆环的行星环系统，从而解决了这个问题。最外层的圆环，亚当斯，包含三段显著的弧，如今名为“Liberté”，“Egalité”和“Fraternité”（自由、平等、博爱）。 弧的存在非常难于理解，因为运动定律预示弧应在不长的时间内变成分布一致的圆环。如今认为环内侧的卫星海卫六的引力作用束缚了弧的运动。
“旅行者”的照相机发现了其他几个环。除了狭窄的、距海王星中心63,000千米的亚当斯环之外， 勒维耶环距中心53,000千米，更宽、更暗的伽勒环距中心42,000千米。勒维耶环外侧的暗淡圆环被命名为拉塞尔; 再往外是距中心57,000千米的Arago环。
2005年新发表的在地球上观察的结果表明，海王星的环比原先以为的更不稳定。凯克天文台在2002年和2003年拍摄的图像显示，与旅行者2号拍摄时相比，海王星环发生了显著的退化，特别是“自由弧”，也许在一个世纪左右就会消失。
光环数据 光环距离（千米）宽度（千米）另称Diffuse 41900151989N3R,GalleInner53200151989N2R,勒威耶Plateau5320058001989N4R,Lassell,AragoMain62930< 501989N1R,Adams（距离是海王星中心到光环的内端） 海王星有14颗已知的天然卫星。其中最大的、也是唯一拥有足够质量成为球体的海卫一在海王星被发现17天以后就被威廉·拉塞尔发现了。与其他大型卫星不同，海卫一运行于逆行轨道，说明它是被海王星俘获的，大概曾经是一个柯伊伯带天体。它与海王星的距离足够近使它被锁定在同步轨道上，它将缓慢地经螺旋轨道接近海王星，当它到达洛希极限时最终将被海王星的引力撕开。海卫一是太阳系中被测量的最冷的天体，温度为-235℃（38K）。
海王星第二个已知卫星（依距离排列）是形状不规则的海卫二，它的轨道是太阳系中离心率最大的卫星轨道之一。从1989年7月到9月，“旅行者2号”发现了六个新的海王星卫星。其中形状不规则的海卫八以拥有在其密度下不会被它自身的引力变成球体的最大体积而出名。尽管它是质量第二大的海王星卫星，它只是海卫一质量的四百分之一。最靠近海王星的四个卫星，海卫三、海卫四、海卫五和海卫六，轨道在海王星的环之内。第二靠外的海卫七在1981年它掩星的时候被观察到。起初掩星的原因被归结为行星环上的弧，但据1989年“旅行者2号”的观察，才发现是由卫星造成的。2004年宣布了在2002年和2003之间发现的五个新的形状不规则卫星。由于海王星得名于罗马神话的海神，它的卫星都以低等的海神命名。
SETI协会研究员马克·肖华特（Mark Showalter）2013年发现了围绕海王星的一颗新卫星，编号为海王星卫星S/2004N1，直径约为19千米，距地球约48亿千米。 卫星名称卫星距离（km）半径（km）发现者发现日期海卫一（Triton） 355000 1350（质量 2.147×10²² kg） Lassell 1846 海卫二（Nereid） 5509000 170 Kuiper 1949 海卫三（Naiad） 48000 29 旅行者2号 1989 海卫四（Thalassa） 50000 40 旅行者2号 1989 海卫五（Despina） 53000 74 旅行者2号 1989 海卫六（Galatea） 62000 79 旅行者2号 1989 海卫七（Larissa） 74000 96 旅行者2号 1989 海卫八（Proteus） 118000 209 旅行者2号 1989 海卫九（Halimede） 48000000 24 Matthew J. Holman 2003 海卫十（Psamathe）4669500028David C. Jewitt2003海卫十一（Sao）2242200022Matthew J. Holman2002海卫十二（Laomedeia）2357100021Matthew J. Holman2002海卫十三（Neso）4838700030Matthew J. Holman2002
