探索海王星 1989 年 8 月 24 日，经过 12 年长途拔涉的旅行者 2 号探测器如期到达了旅途的最后一站——海王星，对海王星进行了详细的科学考察，给天文学家发回了大量清晰的照片和数据，使我们对海王星的了解再也不像雾中看花那样朦朦胧胧了。
旅行者 2 号飞近海王星拍摄的照片向人们显示，海王星是一个狂风呼啸、乱云飞渡、富有生气的世界。大气中有许多湍急紊乱的气旋在翻滚，在海王星的南半球有一个醒目的大黑斑，其形状、相对位置和行星的大小比例竟与木星大红斑类似。天文学家认为它也是一个大气旋，是令人惊心动魄的风暴区。
在旅行者 2 号考察海王星之前，一般认为海王星只有两颗卫星，那就是海卫一和海卫二。飞近探测后又发现了 6 颗卫星，从而使海王星的卫星总数达到 8 颗。新发现的卫星暂命名为 1989N1～1989N6。1989N6 距海王星最近，其他依次是 1989N5、1989N3、1989N4、1989N2、1989N1、海卫一和海卫二。
旅行者 2 号重点考察了海卫一。当它从南边逼进海卫一时，摄像机前出现了一个耀眼的白色世界，冻结的氮构成的海卫一极冠覆盖了南半球的大部。海卫一表面温度大约只有-310℃。科学家推测它是由岩石和冰混合而成的天体。探测器发现海卫一上的冰火山正在喷发，喷出的是白色的冰雪团块和黄色的冰氮颗粒。由于海卫一重力不大，这种喷发物可高达 32 千米，是珠穆朗玛峰高度的 4 倍。迄今为止，海卫一是已发现的太阳系中第三个存在活火山的天体。旅行者 2 号发现海王星有 5 条光环，里面的 3 条比较模糊，可能是海王星碎片构成的。外面的两条环比较明亮，较里面的环原整，最外面的环只有几段弧特别亮。仔细观察后发现，原来环中嵌有 7～8 团冰块（最大的直径约为 10～20 千米），其他的则是很小的冰晶和碎石。
当旅行者 2 号探测器飞进海王星周围的空间时，它的磁强计测量了海王星的磁场和磁层。发现海王星的磁极与海王星的南北极偏差 50°，在此之前，天文学家一直把天王星的偏心磁场看作异常，现在海王星也如此，事情就不那么简单了。如何解释这两个行星的磁场，成为摆在科学家面前的一个难题。