Nell'ultima visita di Voyager 2 a un pianeta prima di lasciare il sistema solare, Voyager 2 è arrivato a 3000 miglia (5000 km) sopra il polo nord di Nettuno, l'approccio più vicino a qualsiasi pianeta dopo aver lasciato la Terra. Voyager 2 ha studiato l'atmosfera di Nettuno, i suoi anelli, la sua magnetosfera e le sue lune. Furono fatte diverse scoperte, compresa quella della Grande Macchia Scura e dei geyser di Tritone.
La Voyager 2 ha scoperto che l'atmosfera di Nettuno è molto attiva, anche se riceve solo il 3% della luce solare che riceve Giove. La Voyager 2 scoprì un anticiclone chiamato Grande Macchia Scura, simile alla Grande Macchia Rossa di Giove. Tuttavia, le immagini scattate dal telescopio spaziale Hubble hanno mostrato che la Grande Macchia Nera è scomparsa. In quel periodo, nell'atmosfera di Nettuno si vedeva anche una macchia a forma di mandorla chiamata "D2", e una nube luminosa che si muoveva rapidamente sopra il banco di nubi chiamata Scooter.
Voyager 2 ha anche trovato quattro anelli di Nettuno e ha trovato prove di archi di anelli, o anelli incompleti intorno a Nettuno. Anche la magnetosfera di Nettuno è stata studiata dalla Voyager 2. Lo strumento di radioastronomia planetaria ha scoperto che il giorno di Nettuno è di sedici ore e sette minuti. Voyager 2 ha anche scoperto delle aurore, come sulla Terra, ma molto più complicate.
Voyager 2 ha scoperto sei lune in orbita attorno a Nettuno, ma solo tre sono state fotografate in dettaglio: Proteo, Nereide e Tritone. Proteus è risultato essere un ellissoide, il più grande che un ellissoide possa diventare senza trasformarsi in una sfera. Proteus è di colore molto scuro. Nereide, sebbene scoperta nel 1949, non è ancora ben conosciuta anche dopo il passaggio di Voyager 2. Tritone è passato a circa 25.000 miglia (40.000 km) di distanza e divenne l'ultimo oggetto che la Voyager 2 avrebbe esplorato. Tritone ha dimostrato di avere straordinari geyser attivi e calotte polari. Fu trovata un'atmosfera molto sottile, così come sottili nuvole.
