Sao Hải Vương có sự hoạt động trong khí quyển mạnh hơn so với trên Sao Thiên Vương. Nguyên nhân được cho là nội nhiệt trong hành tinh cao hơn so với Sao Thiên Vương. Mặc dù Sao Hải Vương nằm xa Mặt Trời hơn so với Sao Thiên Vương, nó chỉ hấp thụ được 40% lượng ánh sáng Mặt Trời, nhưng nhiệt độ bề mặt trên hai hành tinh lại xấp xỉ bằng nhau. Vùng bên trên tầng đối lưu của Sao Hải Vương có nhiệt độ thấp −221,4 °C (51,7 K). Ở độ sâu nơi áp suất khí quyển bằng 1 ba (100 kPa), nhiệt độ tại đây bằng −201,15 °C (72,00 K). Sâu dưới bên trong tầng khí, nhiệt độ tăng dần theo độ sâu. Cũng giống như Sao Thiên Vương, nguồn gốc sinh ra nhiệt này chưa được làm rõ. Tuy nhiên giữa hai hành tinh có sự khác biệt lớn: Sao Thiên Vương chỉ phát ra 1,1 lần năng lượng nó nhận được từ bức xạ của Mặt Trời; trong khi Sao Hải Vương phát ra năng lượng cao gấp 2,61 lần lượng năng lượng nó nhận từ Mặt Trời. Nó là hành tinh xa Mặt Trời nhất, do vậy năng lượng tạo ra những cơn gió mạnh nhất trong Hệ Mặt Trời trên khí quyển hành tinh phải đến từ bên trong hành tinh này. Có một số cơ chế giải thích được đề xuất, bao gồm quá trình tiêu tán nhiệt từ lõi hành tinh, sự chuyển đổi của mêtan dưới áp suất cao thành hiđrô, kim cương và những hiđrôcacbon mạch dài hơn (hiđrô nhẹ nhất có thể bay lên, trong khi kim cương thì chìm xuống, giải phóng thế năng hấp dẫn thành nhiệt thông qua định luật bảo toàn năng lượng),, và quá trình đối lưu trong tầng thấp khí quyển làm cho sóng trọng lực phá vỡ tầng đối lưu.