海王星的行星核是一個質量大概不超過一個地球質量的由岩石和冰構成的混合內部結構體。海王星地幔總質量相當於10到15個地球質量，富含水，氨，甲烷和其它成份。作為行星學慣例，這種混合物被叫作冰，雖然其實是高度壓縮的過熱流體。這種高電導的流體通常也被叫作水－氨大洋。大氣層包括大約從頂端向中心的10%到20%，高層大氣主由80%氫和19%氦組成。甲烷，氨和水的含量隨高度降低而增加。更內部大氣底端溫度更高，密度更大，進而逐漸和行星地幔的過熱液體混為一體。海王星核心的壓力是地球表面大氣壓的數百萬倍通過比較轉速和扁率可知海王星的質量分佈不如天王星集中。
