Na última visita da Voyager 2 a um planeta antes de deixar o sistema solar, a Voyager 2 chegou a 3000 milhas (5000 km) acima do pólo norte de Netuno, a aproximação mais próxima que fez a qualquer planeta depois de ter deixado a Terra. A Voyager 2 estudou a atmosfera de Netuno, seus anéis, sua magnetosfera e suas luas. Várias descobertas foram feitas, incluindo a descoberta do Grande Ponto Escuro e dos gêiseres de Triton.
A Voyager 2 descobriu que a atmosfera de Netuno era muito ativa, apesar de receber apenas 3% da luz solar que Júpiter recebe. A Voyager 2 descobriu um anticiclone chamado Great Dark Spot, semelhante ao Great Red Spot de Júpiter. Entretanto, fotos tiradas pelo Telescópio Espacial Hubble mostraram que a Grande Mancha Escura tinha desaparecido. Também visto na atmosfera de Netuno naquela época era um ponto em forma de amêndoa chamado "D2", e uma nuvem brilhante, que se movia rapidamente acima do convés das nuvens, chamada Scooter.
A Voyager 2 também encontrou quatro anéis de Netuno e encontrou provas para arcos de anéis, ou anéis incompletos ao redor de Netuno. A magnetosfera de Netuno também foi estudada pela Voyager 2. O instrumento planetário de radioastronomia descobriu que o dia de Netuno é de dezesseis horas e sete minutos. A Voyager 2 também descobriu auroras, como na Terra, mas muito mais complicadas.
A Voyager 2 descobriu seis luas orbitando Netuno, mas apenas três foram fotografadas em detalhes: Proteus, Nereid, e Triton. Proteus revelou-se uma elipsóide, tão grande quanto uma elipsóide poderia se tornar sem se transformar em uma esfera. Proteus é muito escuro na cor. Nereid, embora descoberta em 1949, ainda não é bem conhecida, mesmo depois da passagem do Voyager 2. Triton foi pilotado a cerca de 40.000 km de distância, e se tornou o último objeto que a Voyager 2 jamais exploraria. Triton demonstrou ter extraordinários gêiseres ativos e calotas polares. Foi encontrada uma atmosfera muito fina, assim como nuvens finas.
