在天王星發現後1個世紀裏，當這個行星繞太陽運行足夠遠的距離後，天文學家發現它沒有按他們所預計的那個軌道運行。一個叫J.C.亞當斯的剛從劍橋大學畢業的英國天文學家，計算出這顆行星不正常的行為可以解釋為在天王星更遠處有另外一個行星在用它的引力牽引著天王星。亞當斯甚至算出這個未知的行星可能出現的位置，但是在英格蘭沒人願意去找它。一年以後，一個叫U.李維爾的法國天文學家獨立地做了同樣的計算得出了同樣的結果，但是也沒有一個法國天文台為他找這個行星。失望之餘，李維爾把他的計算結果在1846年秋天帶給德國柏林天文台的天文學家J.G.加勒。加勒把他的望遠鏡指向那片天區，在第一晚就找到了這顆星。
海王星是深藍色的，所以用海神的名字命名。像天王星一樣，它的大氣包含了甲烷氣體，這種氣體吸收太陽光譜中的紅光並把其他的反射到我們這裏，讓海王星成為了深藍色世界。然而，與天王星不一樣的是，海王星的大氣不是被一層厚厚的霧擋住的，有時會顯示出一種難以置信的動態排列特征。
1989年，“旅行者2號”飛過了海王星並拍到了一個巨大的盯著右後方的黑藍色“眼睛”。被稱為“大黑斑”的這個東西足足有太平洋般大，並且已經確定它是一個巨大的暴風係統，在海王星頂部的雲盤弄了一個很深的“井”，讓我們能通過這裏窺探到更下麵的更暗的深藍色雲層。“旅行者”號單獨成像的大黑斑的定式影像顯示了它的流動性。實際上，隨著時間的流逝，它也會改變形狀，時而長時而短，時而圓時而扁，總之，看上去像一條“巨大的蛞蝓”。
除了大黑斑，“旅行者2號”也發現了一個被科學家們稱為“小黑斑”的一個比較小的黑斑。更進一步地受海王星大氣上白色的雲一直聚集在這深藍色“井”中間的啟發，科學家們給這個現象取了一個“巫師之眼”的綽號。由甲烷冰晶體構成的白色的雲，跟地球大氣上部的卷雲（就是所謂的馬尾雲）很相似。另一個突出的白色雲因為它繞著海王星跑得比其他的雲都快，被取了“海王星風暴”的綽號。“旅行者號”拍到了投影在深藍色雲層頂部的白色條紋。它們是可以從紐約延伸到巴黎的由甲烷冰晶體構成的巨大雲層。
木星上的急流速度在480千米/時以上，在土星上的則超過了1600千米/時，然而海王星的噴流最高速達到了令人驚駭的2250千米/時——太陽係裏最快的風。如果地球上有這麼強的急流，它會在僅僅2個小時內橫掃美國。
1994年，維修過的“哈勃”提供了自從1989年“旅行者2號”飛過海王星以後的第一張海王星的特寫圖案。這幅圖顯示了很多戲劇性的變化，包括海王星北半球完全消失的大黑斑和南半球突然出現的一個同等大小的黑暗風暴！一同消失的還有“巫師之眼”和海王星風暴。“哈勃”所得到的更多的最近的照片暗示海王星不知為什麼可以在幾周這麼短的時間裏經受如此猛烈的變化。但是最新的圖片顯示海王星在變得更安靜更溫和。“哈勃”1995～1996年的照片顯示所有的大的小的暗斑全消失了，海王星大氣裏隻有那些很亮的雲還在。
當1989年“旅行者號”到達海王星發現非常活躍、有好幾個黑暗風暴的大氣層時，太陽正處於太陽黑子周期的極大年。到90年代中期，海王星的大氣已經沒有風暴時，太陽黑子周期也正處於極小年。這之間有聯係嗎？接下來這幾年“哈勃”更多的觀測會告訴我們答案的。