Уже перші експерименти за Ураном засвідчили, що він рухається не так як мав би під дією гравітації Сонця та інших відомих планет. Причиною неправильностей могло бути невідоме масивне небесне тіло. Припустивши, що це планета, орбіта якої зовні уранової, вчені взялися обчислити її положення на небі. Із завданням упорався французький астроном У. Левер’є ( 1811 - 1877 ) та англійський астроном Дж. Адамс ( 1819 - 1892 ) . Вони розрахували елементи орбіти невидимої планети та її масу.
23 серпня 1846 року німецький астроном Й.Галле, за даними Левер’є, виявив планету. Так відкрили Нептун! Ця подія є дивовижним досягненням небесної механіки, яке мало величезне значення для природознавства.
За фізичними властивостями Нептун дуже схожий на Уран. Період обертання Нептуна навколо Сонця майже 165 років, тобто з часу відкриття планета ще не зробила повний оберт по своїй майже коловій орбіті ( ексцентриситет 0,009 ).
Нептун має воднево - гелієву атмосферу ( 84% - водень, 15% - гелій, 1% - метан ), блакитний колір якої, як і в Урана, визначається поглинанням червоного світла метаном.
У Нептуна найвища середня густина з усіх гігантів. Вважають, що 70% маси планети зосереджена у товстій льодовій мантії. Нептун, імовірно, володіє найбільшим запасом води ( у вигляді льоду ) в Сонячній системі.
Нептун має сильне магнітне поле.
У серпні 1989 року « Вояжер - 2 » пролетів поблизу Нептуна. З 1994 року дуже успішні спостереження за планетою проводяться за допомогою телескопа імені Габбла, який перебуває на навколоземній орбіті.
Найвідомішою деталлю на диску Нептуна є Велика Темна Пляма. За розмірами вона удвічі менша за Велику Червону Пляму Юпітера. « Вояжер - 2 » зафіксував також меншу темну пляму. Найімовірніше, обидві плями - вихори. Атмосфера Нептуна доволі мінлива, адже у ній дмуть найшвидші вітри у Сонячній системі ( до 600 м/с ).
Кільця Нептуна виявлені у 1981 році тим же способом, що й уранові. Цікаво, що кільця мають власні назви, які увіковічують відкривачів планети ( є кільце Адамс, Левер’є, Галле, Араго ).