해왕성은 태양계의 8개의 행성 중 여덟번째 마지막 행성이다. 해왕성이 발견되고 얼마 되지 않았을 때는 해왕성을 천왕성 바깥 행성으로 불렀다고 한다. 해왕성은 태양계의 8개 행성 중에서 직경으로는 4번째로 크고, 질량으로는 중간 정도인 3번째로 크다고 한다. 해왕성의 질량은 지구의 15배인 쌍둥이 행성 천왕성보다 약간 더 무겁다고 한다.
해왕성의 적도 반지름은 지구의 거의 4배라고 한다. 해왕성과 태양의 평균 거리는 지구와 태양 사이 거리인 대략 30배에 해당하는 45억 1,300만 km이다. 해왕성이 태양을 한번 도는 데 걸리는 시간은 164.79년이고 궤도 경사각은 지구에 비해 1.77 도 기울어져 있다. 또한 해왕성의 자전축 기울기는 28.32도로 지구와 화성의 자전축 기울기와 비슷하다고 한다. 그렇기에 지구나 화성처럼 해왕성도 1회 공전주기에 걸쳐 계절의 변화가 나타난다. 그러나 해왕성의 공전 주기는 매우 길기 때문에 계절은 지구 시간으로 40년씩 지속된다고 한다. 해왕성의 표면은 고체가 아니기 때문에 자전 속도는 해왕성의 위도에 따라 달라지는데 적도 일대의 자전 주기는 18시간 정도로 행성의 자기장 자전 주기보다 느리며 반대로 양극 지대의 자전 주기는 12시간 정도로 매우 빠르다. 해왕성은 가스 행성 중 적도와 극의 자전 속도 차이가 매우 크게 난다고 한다. 이것은 위도 방향으로 강력한 바람이 부는 원인이 되기도 한다. 해왕성과 태양 사이의 거리는 천왕성과 태양 사이의 거리보다 50% 더 멀고 해왕성은 천왕성이 받는 태양광의 40% 정도밖에 받지 못한다고 하지만 두 행성의 표면 온도는 거의 비슷하다. 해왕성은 태양에서 가장 멀리 떨어져 있는 행성이지만 태양계에서 바람을 유지할 수 있는 가장 강한 내부 에너지를 가지고 있다. 천왕성이 태양에서 받는 에너지의 1배 정도만 방출하는 것에 비해 해왕성은 태양으로부터 받는 에너지의 2.61배를 방출한다고 한다.
해왕성에는 행성 고리 구조가 있는데 토성의 고리보다는 훨씬 미약하다고 한다. 고리의 구성 성분은 규산염이나 탄화물이 낀 얼음 조각으로 보이며 이 때문에 고리가 붉은빛을 띠는 것 같다. 해왕성의 주 고리로는 630000km 위에 애덤스 고리, 53000km 위에 있는 르베리에 고리, 그리고 42000km 위에 있는 넓고 희미한 갈레 고리이다. 해왕성의 구성 성분은 천왕성과 비슷하며 목성이나 토성 같은 거대 가스 행성들과는 구분되는 성분상의 차이가 존재하는데 목성과 토성은 대기에 수소와 헬륨을 많이 포함하고 있는 것에 반해 해왕성의 대기는 극미량의 탄화수소와 질소를 포함하고 있으며 물, 암모니아, 메테인 등이 얼어붙은 얼음 질이 높은 비율을 차지한다. 이런 부분들로 인해 천왕성과 해왕성을 거대 얼음 행성이라고 분류하기도 한다. 해왕성의 내부 구조는 천왕성과 유사함을 띠며 전체 질량의 5~10%. 표층에서 핵까지 부피가 10~20%를 대기가 차지한다. 또한 해왕성은 얼음과 암석으로 이루어져 있는 것으로 추정된다. 해왕성의 대기에서는 역동적인 기상 현상이 측정되고 있는데 이런 점은 표면상에 아무 특징이 없는 고요한 천왕성과는 다르다. 해왕성의 이러한 활동적인 기상 현상은 해왕성의 내부 열이 더 높은 것에 부분적으로 원인이 있다고 보인다. 해왕성의 날씨 중 특이점은 엄청나게 빠른 태풍을 들 수 있다. 해왕성의 바람은 음속의 두 배에 가까운 빠르기로 초속 600m에 육박하는 속도로 몰아친다. 해왕성의 대기 흐름은 보편적으로는 조금 더 느린데 해왕성의 대기에 항상 떠 있는 구름의 움직임을 분석해 보면 동쪽으로 초속 20m 수준에서 서쪽으로 초속 325미터 정도까지 다양하다고 한다. 해왕성 대부분의 바람은 행성이 자전하는 방향과 반대로 움직인다. 바람이 움직이는 일반적인 방향은 고위도 지역에서는 자전과 같은 방향이나 저위도 지역에서는 역방향이라고 한다. "피부 효과"로 인해 바람이 부는 방향이 반대인 것으로 대기 깊은 곳에서 대기 과정 때문은 아닌 것으로 보인다. 미국 항공우주국의 보이저 2호 우주선이 해왕성에서 지름 13000*6600km의 고기압성 폭풍 구조인 대 흑점을 발견했다고 한다. 목성의 대적점과 비슷한 해왕성에서 발견된 대 흑점은 5년 뒤에 허블 우주 망원경이 보았을 때는 보이지 않고 대 흑점과 비슷한 새 폭풍이 해왕성 북반구에서 발견되었다고 한다. 해왕성의 대류권 내에서 흑점 폭풍들은 밝은 구름보다 낮은 고도에서 일어나는 것으로 보이며 구름 상층부에 난 구멍처럼 보인다. 높은 고도에서 해왕성 대기는 수소가 80% 차지하고 헬륨이 19% 정도라고 한다. 극미량의 메테인도 존재한다. 해왕성도 대기 중의 메테인이 붉은빛을 흡수하고 푸른 빛을 띠게 만든다. 그렇기 때문에 행성의 가장 바깥층에는 행성이 맑은 파란색 빛을 띤다. 또한 메테인에 더해져 어떤 알 수 없는 성분이 해왕성의 색을 만들어낸다고도 추측된다.
해왕성의 대기는 두 가지로 나뉠 수 있는데 고도가 높아짐에 따라 온도가 낮아지는 아래쪽의 "대류권"과 고도가 높아짐에 따라 온도가 높아지는 "성층권"으로 나뉜다. 해왕성의 대류권은 고도에 따라 다양한 구성 성분을 나타내는 구름으로 둘러싸여 있다. 지금까지 발견된 해왕성의 위성 중에서는 제1 위성 트리톤은 여러 개의 위성 중에서 가장 압도적으로 크고 무거워서 해왕성 주위를 공전하는 천체들의 질량 중 99% 이상을 차지하며 질량이 큰 유일한 위성이다. 트리톤은 해왕성과 함께 생성된 것이 아니라 해왕성의 중력에 의해 이루어진 것이라고 한다. 두 번째로 발견된 해왕성 위성은 규칙적인 모양이 아닌 네레이드로 태양계 위성 중 궤도의 이심률이 가장 큰 천체 중에 하나라고 한다.