Sau khi phát hiện ra sao Thiên Vương các nhà khoa học đã tính toán được quĩ đạo bay của nó nhưng trong thực tế vị trí của sao Thiên Vương luôn vượt qua hoặc tụt sau vị trí đã tính toán. Như vậy nhất định phải có một hành tinh khác ảnh hưởng đến chuyển động của sao Thiên Vương. Tháng 9 năm 1845, một sinh viên 20 tuổi khoa Số học Đại học Cambridge Anh là John Couch Adams đã tìm ra trên lí thuyết vị trí một hành tinh chưa được biết đến lúc đó. Cùng lúc một nhà thiên văn học trẻ người Pháp cũng tính ra kết quả giống hệt của Adams. Tối ngày 23/9/1849 nhà thiên văn học người Đức Galle Johanm Gaile bắt đầu tìm kiếm trên bầu trời và không đầy một giờ đồng hồ ông đã tìm ra một ngôi sao mờ với độ sáng là 8 mà trên bản đồ vũ trụ chưa có. Đây chính là hành tinh đã được tìm ra qua tính toán và vị trí của nó không khác trong tính toán là bao. Do nó có màu sáng xanh lơ nên người ta lấy tên vị thần đại dương để đặt tên cho nó và gọi là sao Hải Vương.
Sao Hải Vương cách Mặt Trời 4.500 triệu km và quay một vòng quanh Mặt Trời hết 165 năm. Chính vì khoảng cách xa như vậy nên năm 1989 những con số mà tàu thăm dò “Người du hành" thu được gửi về Trái Đất cũng mất tới 4 tiếng đồng hồ mới tới nơi.
Thành phần chính của sao Hải Vương là hiđrô, hêli và một lượng nhỏ hiđrô cácbua. Sao Hải Vương được nhìn thấy có màu lam lục là do hiđrô cácbua hấp thụ hết ánh sáng màu da cam của nó. Có 4 lớp rõ rệt trên sao Thiên Vương: ngoài cùng là lớp mây đẳng nhiệt, ở đây xuất hiện nhiều hợp chất hiđrô cácbon. Sâu xuống phía dưới một chút là hiđrô và hiđrô cácbua sau đó là đến amôniăc và sunfua hiđrô. Dưới lớp chuyển tiếp giữa tầng khí và tầng chất lỏng là hiđrô dạng lỏng sau đó là một lớp băng và một lõi bằng đá.
Sao Hải Vương là nơi nhiều gió nhất. Gió ở đây rất mạnh, đạt vận tốc 2000 km/h. Đặc trưng lớn nhất của sao Hải Vương mà "Người du hành" số 2 phát hiện là vết ban tối lớn giống vết ban đỏ trên sao Mộc có đường kính tương đương với đường kính Trái Đất. Vết ban tối lớn này được coi là xoáy cao khí áp chuyển động về hướng Tây với vận tốc 300m/s. Năm 1994 kính viễn vọng Hublle phát hiện vết đen này biến mất và vài tháng sau lại xuất hiện một vết đen mới ở Bắc bán cầu. Như vậy có thể thấy rằng trên tầng trên bầu khí quyển sao Thiên Vương có biến đổi rất lớn trong thời gian rất ngắn.
Đến cuối năm 2003 người ta thống kê được 11 vệ tinh của sao Hải Vương trong đó có 6 vệ tinh được "Người du hành" số 2 phát hiện. Trong các vệ tinh của sao Hải Vương chi có vệ tinh số 1 có kích thước lớn, các vệ tinh còn lại đều rất nhỏ.
Sao Hải Vương là hành tinh thể khí thứ tư quay quanh Mặt Trời. Giống như cặp song sinh sao Kim và Trái Đất, sao Hải Vương và sao Thiên Vương cũng được cơi là hai chị em sinh đôi.