海王星内部结构和天王星相似。行星核是一个质量大概不超过一个地球质量的由岩石和冰构成的混合体。海王星地幔总质量相当于10到15个地球质量，富含水、氨、甲烷和其他成分。
作为行星学惯例，这种混合物被叫作冰，虽然其实是高度压缩的过热流体。这种高电导的流体通常也被叫作水。
大气层包括大约从顶端向中心的10%至20%，高层大气主要由80%氢和19%氦组成。甲烷、氨和水的含量随高度降低而增加。越到内部大气底端温度越高，密度越大，进而逐渐和行星地幔的过热液体混为一体。
海王星内核的压力是地球表面大气压的数百万倍。通过比较转速和扁率可知海王星的质量分布不如天王星集中。
