木星、土星、天王星とともに巨大ガス惑星の一つである。軌道長半径は約30 au、質量は地球質量の約17倍、自転周期は約16時間、平均密度は約1640 kg m^-3である。海王星は大部分が水、アンモニア、メタンの氷からできており、中心には岩石からなる小さなコアがあると考えられている。外層大気は水素とヘリウムを主成分とするが、これらが主成分である木星や土星とは異なり、海王星の総質量に占める水素とヘリウムの割合は少ない。天王星と海王星の組成および内部構造は似ている。このため、天王星、海王星の2つを木星、土星とは区別し、巨大氷惑星と呼ぶことも多い。

1989年にボイジャー2号が海王星に接近した際に、木星の大赤斑に似た、楕円形状の暗い模様を観測した。しかし数年後のハッブル宇宙望遠鏡による観測では同様の模様が別の場所に観測され、その成因もよくわかっていない。海王星の磁場は海王星の中心からずれ、その方向も自転軸から約47度ずれている。同様の特徴は天王星にもみられる。

海王星には2022年8月末時点で14個の衛星が確認されている（すべて国際天文学連合IAUによって登録番号がつけられている）。このうち最大であるトリトンは逆行衛星であり、海王星によって捕獲されたものと考えられている。恒星の掩蔽観測から海王星に環があることが1984年にフランス人のブライック達によって明らかにされたが、1989年にボイジャー探査機（ボイジャー2号）が撮影した画像で極めて密度の低い細い5本の環が確認された。このうち最も外側のアダムスリングには、濃い部分が数か所あり、アークと呼ばれている。

海王星は、現在の軌道よりも太陽に近い場所で形成され、その後、現在の位置に移動したと考えられている（ニースモデルを参照）。海王星が移動する際に、外側の軌道にある太陽系外縁天体は海王星との平均運動共鳴の位置に捕獲される場合がある。現在の太陽系外縁天体の中にはこの共鳴の位置に濃集しているグループがあり（共鳴外縁天体）、海王星が外向きに移動した証拠と考えられている。