天王星的衛星也比較多，是一個大家庭。較早發現的5顆衛星都比較大，有4顆衛星的直徑都在1100千米以上，最小的一顆直徑為500千米。
1986年1月，宇宙飛船“旅行者2號”飛近天王星，從1月24日到2月25日，對天王星及其衛星和環帶進行了細致的觀測，又發現10顆較小的衛星，使天王星的衛星數達到15顆。“旅行者2號”還對5顆早已知道的衛星拍了許多照片，發現這些衛星的地貌很像地球，特別是天衛五的地貌非常豐富，既有懸崖峭壁，又有高山峽穀。
“旅行者2號”還發現天王星有一個令人奇怪的現象：它背向太陽的極區溫度反倒比被太陽照亮的另一個極區的溫度要高一些，這是什麼原因造成的，目前也是一個未解的謎。
天王星的氣候
與其他的氣體巨星，甚至是與相似的海王星比較，天王星的大氣層是非常平靜的。當“旅行者2號”在1986年飛掠過天王星時，總共觀察到了10個橫跨過整個行星的雲帶特征。有人提出解釋認為這種特征是天王星的內熱低於其他巨大行星的結果。在天王星記錄到的最低溫度是49K，比海王星還要冷，使天王星成為太陽係溫度最低的行星。
輝煌的海王星
自從波蘭天文學家哥白尼提出了日心學說後，自然科學從神學的束縛中解放出來，到17世紀初德國天文學家開普勒總結出行星運動定律，1687年牛頓的萬有引力發現，在天文學科中誕生了一個嶄新的天文學分支——天體力學。
到了19世紀初天文學家已經能夠準確地預報行星在任何時刻的位置。但許多天文學家都不敢來吃尋找天王星外行星這個“螃蟹”。然而，時代提出的迫切問題是不會無人問津的，兩位年輕人不約而同奮起應戰了，他們勇於探索的精神和高超的科學知識，依據天文觀測資料來尋求使天王星在運動上造成“偏差”
的一顆行星。
在1841年7月，英國劍橋大學的一位22歲的大學生亞當斯(1819~1892年)，在閱讀格林尼治天文台台長艾裏報告後，他勇敢地承擔起這項艱巨的任務，他就著手對這顆“天”
外行星軌道和距離進行反複思考和計算。在1843年末才24歲的他就計算出這個未知大行星的初步結果。到1845年，26歲的亞當斯就研究推算出該假設行星的軌道，質量和當時的位置。10月21日他把計算的結果寄給了英國格林尼治天文台台長艾裏，請求他用天文台的大型望遠鏡來觀測這顆行星。不料，這位台長沒有認真地對待青年天文學家的計算結果，不假思索地把亞當斯的計算結果束之高閣。到了1946年6月他收到了勒威耶發表的論文副本時，他才發現勒威耶的結果幾乎與亞當斯的結果完全一致，他立即請劍橋天文台查理天文學家用望遠鏡搜索這顆行星，偏偏這位天文學家還對亞當斯的計算結果將信將疑，使這位天文學家奮鬥多年的成果擦身而過。
法國天文學家勒威耶(1811~1877年)比亞當斯年長8歲，於1846年8月31日寫出了一份標題是“論使天王星運行失常的那顆行星，它的質量，軌道和現在所處的位置結論性意見”。柏林天文台年輕的天文學家伽勒和他的助手根據勒威耶計算出來的新行星的位置，把望遠鏡指向了黃經326毅寶瓶星座的一個天區，隻用了30分鍾就發現了一顆在星圖上沒有標出的8等星，為人類探索“天”
外行星中找到了第八顆新的行星——海王星。後來通過天文學家們觀測都證實了這顆行星的存在。太陽係第八顆大行星——海王星的發現是天文史上傑出事件。
人類在探索宇宙中，有的成功，有的失去了機遇，海王星的發現，在當時，英、法兩國為此發現的榮譽歸屬問題展開了爭論，但亞當斯和勒威耶兩人則處之泰然，該榮譽應當由亞當斯和勒威耶兩人共享。而當時，柏林天文台台長恩克在收到勒威耶的報告時，正好是他的55周歲生日，在家中與家人一起度過了幸福和溫馨的生日之夜，但他失去成為看到海王星的第一位天文學家的唯一機遇，有點遺憾，他還是公正地把海王星的發現稱之為“各次行星的發現中最為輝煌的一次”。
“旅行者號”探測海王星
在海王星被發現以來的143年中，天文學家們盡管采用了高倍率望遠鏡，仍對它了解甚少。1989年8月，宇宙飛船“旅行者2號”從距離海王星雲端4800千米的地方飛過，使這種狀況得到徹底改變。通過“旅行者”從44.8億千米的遠方發回的照片，海王星終於顯示出它的英姿。從此，人們才了解到，海王星並不是太陽係裏的一個死堆，而是風暴活動頻繁的星球。它有3個光環——衛星與小行星碰撞的古老遺跡。它有8顆衛星，其中一顆上的冰山中此刻正在噴出液態氮的泡沫。