冥王星自被发现以来首次进入海王星轨道。
海王星是距离太阳第八且已知最远的太阳系行星。在太阳系中，它是直径第四大的行星，第三大质量的行星，也是密度最大的巨行星。它的质量是地球的 17 倍，比它的双胞胎天王星稍大。海王星比天王星密度更大，体积也更小，因为它更大的质量会导致其大气受到更多的引力压缩。它被称为太阳系的两颗冰巨行星之一（另一颗是天王星）。
它主要由气体和液体组成，没有明确定义的“固体表面”。这颗行星每 164.8 年绕太阳运行一次，平均距离为 30.1 天文单位（45 亿公里；28 亿英里）。它以罗马海神命名，有天文符号 ，代表海王星的三叉戟。海王星不是肉眼可见的，是太阳系中唯一通过数学预测而非经验观察发现的行星。天王星轨道的意外变化导致亚历克西斯·布瓦德假设它的轨道受到未知行星的引力扰动。布瓦尔死后，约翰·库奇·亚当斯和乌尔班·勒维耶独立地根据他的观察预测了海王星的位置。随后，约翰·加勒在 1846 年 9 月 23 日用望远镜观测到海王星，其位置与勒维耶预测的位置有一定的距离。此后不久，它最大的卫星海卫一被发现，但直到 20 世纪，这颗星球上剩下的 13 颗已知卫星都没有被望远镜定位。这颗行星与地球的距离使其外观尺寸非常小，这使得使用地球望远镜进行研究具有挑战性。航海者 2 号于 1989 年 8 月 25 日飞越海王星时造访了海王星；航海者 2 号仍然是唯一访问过海王星的航天器。哈勃太空望远镜和具有自适应光学的大型地面望远镜的出现最近允许从远处进行额外的详细观测。
与木星和土星一样，海王星的大气层主要由氢和氦组成，还有微量的碳氢化合物和可能的氮，尽管它含有更高比例的“冰”，如水、氨和甲烷。然而，与天王星相似，它的内部主要由冰和岩石组成。天王星和海王星通常被认为是“冰巨星”以强调这种区别。最外层区域的甲烷痕迹部分解释了这颗行星的蓝色外观，尽管与天王星相比，一种未知的成分被认为使海王星的蓝色更深。与天王星朦胧、相对无特色的大气相比，海王星的大气活跃且可见天气模式。例如，在 1989 年航海者 2 号飞越时，行星的南半球有一个与木星上的大红斑相当的大黑斑。最近，在 2018 年，发现并研究了一个较新的主要暗点和较小的暗点。此外，这些天气模式是由太阳系中任何行星中最强的持续风驱动的，记录的风速高达 2,100 公里/小时（580 米/秒；1,300 英里/小时）。由于距离太阳很远，海王星的外层大气是太阳系中最冷的地方之一，其云层顶部的温度接近 55 K（218 C；361 F）。行星中心的温度约为 5,400 K（5,100 C；9,300 F）。海王星有一个微弱且支离破碎的环系统（标记为“弧”），它于 1984 年被发现，后来被航海者 2 号证实。
冥王星（小行星名称：134340 Pluto）是柯伊伯带中的一颗矮行星，是海王星轨道之外的一个天体环。它是在柯伊伯带发现的第一个天体，并且仍然是该地区已知的最大天体。
冥王星于 1930 年被发现后，它被宣布为离太阳的第九颗行星。从 1990 年代开始，随着在柯伊伯带和分散盘中发现了几个大小相似的天体，包括矮行星阋神星，它的行星地位受到质疑。这导致国际天文学联合会 (IAU) 在 2006 年正式定义了行星一词——不包括冥王星，并将其重新归类为矮行星。
冥王星是直接绕太阳运行的已知第九大和第十大质量的天体。它是已知体积最大的跨海王星天体，但质量不如阋神星。与其他柯伊伯带天体一样，冥王星主要由冰和岩石构成，体积相对较小——只有月球质量的六分之一，体积的三分之一。它有一个中等偏心和倾斜的轨道，距离太阳 30 到 49 个天文单位或 AU（4.4 到 74 亿公里）。这意味着冥王星周期性地比海王星更靠近太阳，但与海王星的稳定轨道共振可以防止它们发生碰撞。来自太阳的光需要 5.5 小时才能到达冥王星的平均距离（39.5 天文单位）。
冥王星有五个已知的卫星：卡戎（最大的，直径略超过冥王星的一半）、冥河、尼克斯、克伯罗斯和九头蛇。冥王星和卡戎有时被认为是一个双星系统，因为它们轨道的重心不在任何一个天体内。
新视野号航天器于 2015 年 7 月 14 日飞越冥王星，成为第一个也是迄今为止唯一一个这样做的航天器。在短暂的飞越期间，新视野号对冥王星及其卫星进行了详细的测量和观测。 2016年9月，天文学家宣布卡戎北极红褐色的帽盖由tholins组成，这种有机大分子可能是生命出现的成分，由冥王星大气释放的甲烷、氮气和其他气体产生并将 19,000 公里（12,000 英里）的距离转移到绕行的月球上。