L'histoire de la découverte de la planète Neptune tient presque du roman, et est une des plus grandes victoires de la théorie de la gravitation universelle de Newton. Depuis sa découverte en 1781, la planète Uranus déviait sensiblement de sa trajectoire calculée, à tel point qu'il devint bientôt clair qu'un objet massif perturbait sa course autour du Soleil. Indépendamment l'un de l'autre, deux mathématiciens entreprirent de calculer la position du mystérieux objet, et arrivèrent à quelques jours d'intervalle à la même conclusion. L'anglais John Couch Adams et le français Urbain Jean Joseph Leverrier prédirent qu'une nouvelle planète devait se trouver au-delà de l'orbite d'Uranus, et indiquèrent même à quel endroit dans le ciel chercher l'objet inconnu.
Malheureusement pour Adams, ce fut sur la foi des travaux de Leverrier qu'un jeune astronome de l'observatoire de Berlin, Johann Gottfried Galle, confirma la présence de la nouvelle planète, exactement là où les travaux d'Adams et Leverrier l'avaient prédit. Pour la postérité, cependant, les deux mathématiciens ont été crédités de la découverte.
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La sonde Voyager 2, qui a frôlé Neptune en 1989, nous a permis de découvrir six nouvelles lunes autour de la géante, ainsi qu'un système d'anneaux minces et sombres. Triton, le plus gros satellite de Neptune, possède une mince atmosphère d'azote et quelques geysers actifs crachant de la neige d'azote.
