海王星通过它对天王星轨道的摄动作用而于1846年9月23日通过计算被发现的，计算者为法国天文学家勒威耶德国天文学家J.G。伽勒是按计算位置观测到该行星的第一个人。这一发现被看成是行星运动理论精确性的一个范例。海王星由于距离遥远，光度暗淡，即使用大型望远镜也难看清其表面细节，因而不能依靠观测表面标志的移动来定出自转周期。1928年通过观测谱线的多普勒位移测出自转周期为15.8 -1小时。现在采用的自转周期是M.贝尔通等从分析约300次红外观测中定出的。海王星的快速自转使它的形状非常扁。1968年4月7日，海王星掩恒星。通过对这一事件的观测，得出它的赤道直径为50950公里，与目前的最新数据相差很小。海王星用望远镜看略呈绿色，1932年证出海王星光谱红外区的强吸收线为甲烷引起。它的大气中含有丰富的氢和氦，大气温度大约为-205摄氏度。这个值高于从太阳辐射算得的期望值，说明要么海王星大气下层存在温室效应，要么它有内在的热源。1846年,W.拉塞尔发现逆行的海卫一，据计算它正接近海王星，将来也许会碎裂成为海王星的环。1949年发现海卫二。
海王星的体积约为地球体积的57倍，质量为地球质量的17.22倍，平均密度为1.66克/立方厘米。表面重力加速度比地球的略大，在两极为1,180厘米/平方秒，在赤道上约为1,100厘米/平方秒。表面上物体的逃逸速度为23.6公里/秒。海王星有6颗卫星，5条光环。
由于海王星是一颗淡蓝色的行星，人们根据传统的行星命名法，称其为Neptune。Neptune是罗马神话中统治大海的海神，掌握着1/3的宇宙，颇有神通。
海卫一: Triton 比海卫二大,1846年发现,在倾角很大的逆行轨道上运转,周期为5.877天,距离海王星35.4万公里,计算表明,它的轨道在逐渐缩小,最后可能由于太靠近海王星而破碎,它可能是太阳系中最大的卫星之一,根据间接的观测资料表明,它的直径在3600-5200公里之间。
海卫二: Vereid 比海卫一轨道半径要大,绕海王星周期为359.4天,轨道很扁,且轨道面于行星赤道面的交角很大,离海王星的平均距离为557万公里,它可能是被海王星捕获的象小行星一样的天体.
轨道半长径 19.27天文单位
轨道偏心率 0.046
轨道对黄道倾角 0.8度
公转的恒星周期 164.8年
赤道半径 24600公里
扁率 0.027
质 量 17.204(地球=1)
密 度 1.76
逃逸速度 23.8公里/秒
自转周期 0.658日
黄赤交角 28.8度
反照率 0.71
最大亮度 7.9