Distante 4.504 millones de kilómetros del Sol, Neptuno es el más lejano y el menor de los gigantes gaseosos. Invisible a simple vista por la distancia a la que se encuentra de la Tierra, completa una órbita alrededor del Sol cada 165 años.
Se sabe que Galileo Galilei fue el primer hombre en ver a Neptuno en enero de 1613, mientras observaba durante varias noches a Júpiter, pero debido a su lento desplazamiento a través de la esfera celeste, no advirtió que se trataba de un nuevo planeta.
Neptuno fue finalmente localizado 233 años después, el 23 de septiembre de 1846, por Johann Gottfried Galle y Louis d’Arrest, a través de los cálculos realizados independientemente por el matemático francés Urbain Jean Joseph Le Verrier y el inglés John Couch Adams a partir de las perturbaciones que su campo gravitacional causa en la órbita de Urano.
Apenas un mes después de haberse hallado a Neptuno, el astrónomo inglés William Lassell descubrió un satélite orbitando al planeta y lo bautizó Tritón.
Tritón, casi del mismo tamaño que nuestra Luna, es el mayor de los satélites de Neptuno, y es uno de los pocos satélites del sistema solar que orbita alrededor de su planeta en sentido retrógrado, es decir, contrario al sentido de rotación de su planeta. Esto indica que en realidad Tritón fue capturado de su órbita heliocéntrica por la gravedad de Neptuno hace miles de millones de años. Es uno de los pocos satélites del sistema solar que posee una atmósfera, y junto a Titán, el satélite de Saturno, son las únicas lunas en las que ocurren auroras boreales.
En 1949, el astrónomo holandés Gerard Kuiper descubrió a Nereida, el segundo satélite de Neptuno. Con un diámetro de 340 kilómetros, orbita a Neptuno a tanta distancia que requiere de 360 días para completar una órbita en torno al planeta (sólo cinco días menos de los que necesita la Tierra para completar su órbita en torno al Sol).
Debido a la excentricidad de la órbita de Plutón, que cada 248 años terrestres se acerca al Sol sobrepasando la órbita de Neptuno, éste se convierte en el planeta más alejado del Sol durante un período de veinte años, el último de los cuales culminó en 1999.
El interior del planeta está compuesto por una mezcla de roca fundida, agua, amoníaco y metano en estado líquido, por lo que no posee superficie sólida alguna. La parte superior de su atmósfera está compuesta de una mezcla de de hidrógeno, helio, agua y especialmente metano, que da a las nubes de Neptuno su característico color azul.
Al igual que Júpiter, Neptuno posee un sistema de cuatro anillos estrechos y muy tenues, compuestos por partículas de polvo, que podrían haberse originado en los choques de pequeños meteoritos con las lunas de Neptuno.
En 1989, la sonda espacial Voyager 2 fue la primera en acercarse a Neptuno, su último objetivo planetario antes de dirigirse hacia el espacio interestelar. Pasando a 4.950 kilómetros sobre su polo norte, proporcionó información hasta entonces desconocida sobre el planeta, y descubrió seis nuevas lunas.
La sonda también fotografió una tormenta gigante, similar en tamaño a la Gran Mancha Roja de Júpiter, que sobresale en la atmósfera de Neptuno, y que fue bautizada como Gran Mancha Oscura. En sus alrededores soplan los vientos más fuertes de todo el sistema solar, ya que alcanzan velocidades de hasta 1.920 kilómetros por hora. La mayor parte de ellos se desplaza en dirección oeste, es decir, en sentido contrario a la rotación del planeta.
Cinco nuevas lunas irregulares de Neptuno, descubiertas entre 2002 y 2003 por un equipo internacional de astrónomos, fueron anunciadas en 2004. Con un diámetro de 30 a 50 kilómetros, se encuentran en órbitas excéntricas e inclinadas con respecto al resto de los satélites del planeta. Los astrónomos creen que posiblemente sean fragmentos de un cuerpo mayor que colisionó con Nereida, y cuyas órbitas originales fueron perturbadas por la captura de Tritón desde el cinturón de Kuiper.
Un nuevo satélite, provisionalmente denominado S/2004 N 1, fue descubierto por el astrónomo estadounidense Mark Showalter en 2013 tras analizar todas las fotografías de Neptuno obtenidas por el Telescopio Espacial Hubble entre 2004 y 2009.
Lamentablemente, a pesar de la presentación de varias propuestas al respecto, hasta el momento no se ha confirmado el desarrollo de ninguna misión futura dedicada a la exploración in situ de Neptuno.