海王星的大致结构如上图所示，它拥有一个较小的行星核，其质量大约与地球相当，温度大约为7000摄氏度，关于海王星内核的高温来源，目前还没有确切的结论，认同度较高的观点认为，这是来自于形成海王星的原始物质在互相撞击时释放的动能，以及行星核内的放射性元素衰变所产生的能量。
在行星核之外是由水、甲烷、氨以及其他一些具有挥发性的物质所组成的地幔结构，由于这里的具有高温高压的环境，所以这些物质表现为稠密的流体，在此之外就是海王星浓密的大气层了。
海王星高层大气主要由氢和氦组成，其顶端温度低至零下218摄氏度，而随着高度的降低，大气的温度和压强就会不断升高，同时大气内的水、甲烷、氨等挥发性物质的含量也会随之增加，进而逐渐与海王星的地幔结构混为一体，简单地讲就是，海王星的大气层与其地幔结构是没有明显的分界线的。
