Die überwiegend aus molekularem Wasserstoff bestehende Neptunatmosphäre enthält etwa 25 % Helium sowie Spuren von Methan (das durch seine starke Absorption im roten Spektralbereich im Wesentlichen die blaue Farbe des Planeten bedingt) und Ethan. In ihr befindet sich eine dichte, undurchsichtige Wolkenschicht, die möglicherweise von Ammoniak- und Schwefelwasserstoffeisteilchen gebildet wird,