海王星是介于地球和巨行星（木星和土星）之间的一颗中等大小的行星，它的质量既是地球质量的17倍，也是木星当中质量的1/18。因为它的质量较为典型的类木行星相比较还很小，而且它的密度、以及组成成份、和内部的主要结构也与类木行星有十分显著的差别，海王星和天王星在一起直接被归为类木行星的一个子类，冰巨星。 海王星是太阳系八大行星当中距离太阳最远的一颗行星，因为它的体积是太阳系当中第四大的，质量则排名第三。海王星的一些质量大约是地球的17倍，因为在大气层当中85%是氢气，13%是氦气，只有2%是甲烷，还有少量的氨气。在大气层当中的甲烷，只是使行星呈现出蓝色的一部分主要原因。海王星具有太阳系当中最强烈的风，通过所测量到的时速高达2100公里。海王星在云顶的温度是－218°C（55K），因为它距离太阳最远，因此是太阳系之中最冷的一个地区之一。
海王星核心的温度约为7000 °C，可以和太阳的表面进行相对的主要比较，也和大多数已知的行星一样十分相似，海王星可能会有一个固态的核，但是它的表面很可能就会覆盖着一层冰，因为它具有一些磁场和极光，因甲烷受太阳的一些照射而产生的烟雾。海王星的被发现，也是唯一通过利用数学进行预测而非有计划的通过观测而发现的一些行星。天文学家则利用天王星当中一些轨道的摄动从而推测出海王星的存在与一些计划。从而计算出海王星位置的一些相关推算。 海王星同地球比较质量和热量。在寻找太阳系以外的行星领域，海王星则被用作一个通用代号，指所发现的有着类似海王星质量的一些系外行星，就如同天文学家们常常说的那些系外木星。因为它的轨道距离太阳很远，因此海王星从太阳那里所得到的热量就很少，因为在大气层的顶端温度只有-218 °C（55 K），而由大气层顶端向内的温度则在稳定上升。和天王星也十分类似，由于星球内部热量的来源是未知的，然而结果却十分显著。因此作为太阳系最外侧的一些行星，海王星内部的一些能量就可以大到去维持太阳系所有行星系统当中已知的一个最高速风暴。 海王星内部的一些主要结构和天王星十分相似，由于地幔的总质量相当于10到15个地球的质量，因为它富含水，氨，甲烷和其它一些主要成份，因此在行星学上称之为冰，它是高度压缩的一个过热流体，通常也被叫作水－氨大洋。海王星的大气层主要包括大约从顶端向中心的10%到20%，从而高层大气主要是由80%氢和19%氦所组成，甲烷、氨和水的含量也会随高度降低而增加；因此内部大气底端的温度则会更高，同时它的密度也会更大，进而逐渐和行星地幔的过热液体逐渐混为一体。 海王星内核的压力是地球表面一些大气压的数百万倍，它通过比较转速和扁率就可知海王星的一些质量分布不如天王星那么集中。因此在高海拔处，海王星的大气层当中只有80%氢、19%氦，也存在着微量的一些甲烷，它主要的吸收带会出现在600纳米以上波长的红色和红外线的主要光谱位置。
海王星对流层的一些云带直接取决于一些不同海拔高度的主要成分，它的高海拔的云则出现在气压低于1帕之处，温度使甲烷可以直接凝结。压力在1巴至5巴（100kPa至500kPa），被认为氨和硫化氢的云就可以直接形成。只有压力在5帕以上，云才极有可能包含氨、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，温度才能达到0 °C。 海王星同时有着与天王星类似的一些磁层，磁场相对自转轴有着一个高达47°的倾斜，并且它偏离核心至少得需要0.55的 半径，或者是在偏离物理上的中心13500公里。海王星的一些偶磁矩大约是2.2×10T·m（14μT·RN，RN是海王星的半径），磁场的偶极成分则在海王星磁赤道大约为14microteslas（0.14G）。海王星磁场就是因为一些非偶极成分，所包括的相对强度极有可能会超过磁偶极矩的强大四极矩，因此才对组合有着很大的一个贡献，在几何结构上非常的复杂。海王星的一些光环在地球上也只能观察到一些暗淡模糊的圆弧，而非一个十分完整的光环。海王星的行星影像，因为海王星有14颗已知的天然卫星，其中最大的、也是唯一拥有足够质量才成为球体的海卫星。
