Księżyce
Przed spotkaniem Voyagera 2 jedynymi znanymi księżycami Neptuna był Tryton, odkryty wizualnie przez teleskop w 1846 roku, oraz Nereida, odkryta na zdjęciach teleskopowych ponad sto lat później, w 1949 r. (Nazwy księżyców Neptuna pochodzą od postaci z mitologii greckiej, zwykle związanych z Posejdonem lub wodą). Mając średnicę zbliżoną do ziemskiego Księżyca, Tryton jest zdecydowanie Neptunem największy satelita – ponad sześć razy większy od jego największego znanego rodzeństwa, Proteusa, odkrytego przez Voyagera 2 w 1989 roku. Triton jest jedynym dużym księżycem Układu Słonecznego, który podróżuje po swojej planecie w retrogradacji. Co więcej, podczas gdy orbity największych księżyców w Układzie Słonecznym są nachylone mniej niż około 5 ° w stosunku do równika ich planety, orbita Trytona jest nachylona o więcej niż 157 ° w stosunku do równika Neptuna. Nereid, która obraca się średnio ponad 15 razy dalej od Neptuna niż Tryton, ma najbardziej ekscentryczną orbitę ze wszystkich znanych księżyców. W największej odległości Nereid jest prawie siedem razy dalej od Neptuna niż w najmniejszej odległości. Nawet przy najbliższym podejściu Nereid jest prawie czterokrotnie większy od Tritona.
NASA / JPL
W 1989 roku obserwacje Voyagera dodały sześć nieznanych wcześniej księżyców do układu Neptuna. Wszystkie znajdują się mniej niż połowa odległości Trytona od Neptuna i są zwykłymi księżycami— tj. poruszają się po prostoliniowych, prawie kołowych orbitach leżących w pobliżu równikowej płaszczyzny Neptuna. W latach 2002–2003 podczas obserwacji na Ziemi odkryto pięć dodatkowych małych księżyców o promieniu szacowanym na około 15–30 km (9–18 mil) . Są to nieregularne orbity o bardzo ekscentrycznych orbitach nachylonych pod dużymi kątami do równika planety; trzy orbity w kierunku wstecznym. Ich średnie odległości od Neptuna mieszczą się w przybliżeniu między 15 milionami a 48 milionami km (9 milionów i 30 milionów mil), daleko poza orbitą Nereidy. W 2013 roku na zdjęciu wykonanym przez Kosmiczny Teleskop Hubblea odkryto mały księżyc Hippocamp o promieniu około 17 km (11 mil). Jej orbitę śledzono na archiwalnych zdjęciach już w 2004 roku. Krąży między Larissą i Proteusem, dwoma księżycami odkrytymi przez Voyagera. Właściwości znanych księżyców Neptuna są podsumowane w tabeli, wraz z nazwami oraz cechami orbitalnymi i fizycznymi.
Z sześciu odkryć Voyagera wszystkie oprócz Proteusa okrążają Neptuna w krótszym czasie niż obrót planety. Stąd obserwatorowi znajdującemu się w pobliżu wierzchołków chmur Neptuna, tych pięć wydaje się wznosić na zachodzie i zachodzić na wschodzie. Voyager obserwował dwa swoje odkrycia, Proteus i Larissa, na tyle dokładnie, aby wykryć zarówno ich rozmiar, jak i przybliżony kształt. Oba ciała mają nieregularny kształt i wydają się mieć mocno kraterowane powierzchnie. Rozmiary pozostałych czterech szacuje się na podstawie kombinacji odległych obrazów i ich jasności, przy założeniu, że odbijają one mniej więcej tyle samo światła, co Proteus i Larissa – około 7 procent. Proteus, ze średnim promieniem około 208 km (129 mil), jest nieco większy niż Nereid, ze średnim promieniem około 170 km (106 mil). Pozostałe pięć księżyców jest znacznie mniejszych, a każdy ma średni promień mniejszy niż 100 km (60 mil).
Voyager nie obserwował Nereidy z bliskiej odległości, ale dane z sondy wskazują, że ma ona prawie kulisty kształt. Voyager nie wykrył dużych zmian jasności podczas obracania się Nereidy. Chociaż sonda nie była w stanie określić okresu rotacji, wysoce eliptyczna orbita Księżyca sprawia, że jest mało prawdopodobne, aby obracał się on synchronicznie – to znaczy, że jego okresy obrotu i orbity są równe. Okres rotacji Trytona jest synchroniczny, a księżyce innych wewnętrznych księżyców Neptuna są prawdopodobnie synchroniczne lub prawie takie same.
Tryton jest podobny pod względem wielkości, gęstości i składu powierzchni do planety karłowatej Plutona. Jego silnie nachylona orbita wsteczna sugeruje, że jest to przechwycony obiekt, który być może pierwotnie uformował się, podobnie jak Pluton, jako niezależny lodowy planetozymal w pasie Kuipera zewnętrznego Układu Słonecznego. Jego pierwotna orbita byłaby wysoce ekscentryczna, ale interakcje pływowe między Trytonem i Neptunem – cykliczne deformacje w każdym ciele spowodowane przyciąganiem grawitacyjnym drugiego – ostatecznie przekształciłyby jego ścieżkę wokół Neptuna w okrąg. Proces przechwytywania Tritona i cyrkulacji jego orbity poważnie zakłóciłby jakikolwiek wcześniej istniejący układ księżyców, który uformował się wraz z Neptunem z dysku materii protoplanetarnej. Radykalna orbita Nereidy może być jedną z konsekwencji tego procesu (chociaż nie wykluczono możliwości, że Nereid również jest przechwyconym obiektem).Księżyce, które znajdowały się na orbicie między Proteusem a Nereidą, zostałyby wyrzucone z systemu Neptuna, wrzucone do samego Neptuna lub wchłonięte przez roztopiony Tryton. Nawet księżyce krążące bliżej Neptuna nie uniknęłyby pewnych zakłóceń. Obecne orbity od Najady do Proteusza (patrz tabela) prawdopodobnie bardzo różnią się od ich orbit oryginalnych, a księżyce te mogą być tylko fragmentami oryginalnych ciał, które uformowały się z Neptunem. Późniejsze bombardowanie przez szczątki krążące wokół Neptuna i meteoroidy z przestrzeni międzyplanetarnej mogło jeszcze bardziej zmienić ich rozmiary, kształty i orbity; na przykład Hippocamp prawdopodobnie powstał w wyniku uderzenia, które prawie zakłóciło Proteus.
Neptun ma również populację asteroid trojańskich, które zajmują stabilne punkty Lagrangianu 60 ° przed (L4) i za (L5) na jego orbicie wokół Słońca. Pierwszy odkryty trojan Neptune, 2001 QR322, został znaleziony w 2001 roku. W 2019 roku znane były 22 asteroidy trojanów Neptune – 19 na poziomie L4 i 3 na L5.