天王星的质量是类木行星中质量最小的，大约是地球的14.5 倍，密度只比土星多一些，是1.29克/cm3；虽然直径与海王星相似，但质量较低。这些数值显示，天王星主要由如水、氨和甲烷各种各样挥发性物质组成。
天王星的标准模型结构包括3个层面：中心的岩石核，中间的冰地函，最外面的氢/氦外壳。相较之下，核只有0.55地球质量，是非常小的，半径不到天王星的20%；而地函则质量约为地球的13.4倍，是个庞然大物；而相对上最外层的大气层则不明确，大约扩展占有剩余20%的半径，但质量大约只有地球的0.5倍。
天王星的内热看上去明显低于其他类木行星，它在天文的项目中属于低热流量。目前。我们仍不知道天王星内部为何会有这样低的温度。天王星的远红外也就是热辐射部份释出总能量很大是大气层吸收自太阳能量的1.06±0.08倍。事实上，天王星只有 0.042±0.047 瓦/米2的热流量，比地球内的热流量0.075 瓦/米2 低很多。天王星对流层顶的温度最低温度纪录只有49 K，这也让天王星成为太阳系的行星中温度最低的，比海王星还要冷。
天王星的轨道与自转
观测发现，每84个地球年天王星就环绕太阳公转一周，与太阳的平均距离大约30亿千米，阳光的强度很低，只有地球的1/400。拉普拉斯在1783年首次计算出来它的轨道元素，但最终发现预测和观测的位置是存在误差。在1841年，约翰·柯西·亚当斯首先提出，之所以出现误差，或许是因为一颗尚未被看见的行星的拉扯。勒维耶在1845年开始独立研究天王星轨道。1846年9月23日，在勒维耶预测位置的附近，迦雷发现了一颗新行星，也就是海王星。
天王星内部的自转周期是17小时零14分，但是它与所有巨大的行星一样，朝自转的方向上部的大气层可以体验到非常强的风。实际上，在有些纬度（比如说从赤道到南极的2/3路径）上，可以看见大气移动得非常迅速，完整的自转一周只要14个小时。
天王星倾斜的角度高达98°，自转轴可说是躺在轨道平面上的，这也使它有着与其他的行星完全不同的季节变化。相对于太阳系的轨道平面，其它行星的自转轴都是朝上的，而天王星的转动可以比作倾倒并且被辗压过去的球。当天王星在至日附近时，一个极点会持续的指向太阳，另一个极点则会背向太阳。要想体会到迅速的日夜交替，只有在赤道附近狭窄的区域内，但有如在地球的极区，太阳的位置非常低。运行到轨道的另一侧时，会将轴的另一极指向太阳。每一个极都会有极昼，能被太阳持续的照射42 年，另外42年则处于极夜。太阳在接近昼夜平分点时，正对着天王星的赤道。天王星会和其他行星的日夜交替相似，在2007年12月7日，天王星经过了日夜平分点。
延伸阅读——天王星的卫星
目前，已发现27颗天王星的天然卫星，并且它们的名称都出自莎士比亚和蒲伯的歌剧中。其中5颗主要卫星的名称分别是：艾瑞尔、米兰达、泰坦尼亚、乌姆柏里厄尔和欧贝隆。威廉·赫歇耳在1787年3月13日发现了泰坦尼亚和欧贝隆（第一颗和第二颗），而另外2颗艾瑞尔和乌姆柏里厄尔，是威廉·拉索尔在1851年发现的。威廉·赫歇耳的儿子约翰·赫歇耳在1852年才为这4颗卫星命名。到了1948年，杰勒德 P. 库普尔发现第五颗卫星米兰达。
气体巨星中天王星卫星系统的质量是最少的，5颗主要卫星的总质量还不到崔顿的1/2。泰坦尼亚是最大的卫星，半径为788.9千米，还不到月球的一半，但比Rhea（土星第二大卫星）稍大些。这些卫星的反照率也相对较低，乌姆柏里厄尔约为0.2，艾瑞尔约为0.35（在绿光）。这些卫星都由冰和岩石组成（50%的冰和50%的岩石），冰也许包含氨和二氧化碳。
艾瑞尔上面只有少许的陨石坑，在这些卫星中有着最年轻的表面；乌姆柏里厄尔看起来最老。米兰达的断层峡谷深达20 千米，层次呈梯田状，变化混乱，形成令人混淆的表面年龄和特征。有种假说认为，在过去米兰达可能遭遇过巨型的撞击，从而被完全的分解，然后又偶然重组起来。
1986年1月，“旅行者2号”太空船飞越过天王星，在稍后研究照片时，发现了Perdita和10颗小卫星。后来使用地面的望远镜也证实了这些卫星的存在。
海王星，笔尖上的发现
当天王星发现后，许多天文工作者为天王星的种种怪现象伤透了脑筋。到底是万有引力定律失灵了，还是观测出错呢？人们反复核校天王星的观测数据，并没有发现什么不对的地方。后来有人猜想，可能有一颗未被发现的行星在天王星轨道之外，天王星的运行因为受到这颗行星的强大引力，所以出现了偏差。可是，怎样找到这颗未知的行星呢？
19世纪，这个难题被欧洲两位年轻的天文学家几乎同时攻下了。这两个年轻人是法国的勒维耶和英国的亚当斯。
海王星的发现
在天文学史上海王星被喻为“笔尖上的发现”。1845年10月，英国剑桥大学的学生亚当斯计算出了海王星的轨道和位置。遗憾的是，当时他的发现并未引起足够的重视。
1846年8月底，法国天文学家勒维耶也独立计算出了“未知行星”的质量、轨道和位置数据。1846年8月31日，勒维耶整理出他的计算结果，并宣告了那颗未知行星的位置。勒维耶一方面写研究报告给科学院，另一方面还给欧洲一些国家的天文台写信，请求他们用天文望远镜帮助寻找新行星。
当年的9月23日，柏林天文台加勒先生注意到勒维耶的信，然后通过望远镜作了认真的搜寻。就第二天晚上，他发现在恒星背景上这颗小星星的位置有了微小的变化。这个现象表明，这颗小星星确实是一颗行星。其他天文学家此后经过观测研究，终于证明这颗行星是太阳系的第8大行星，也就是海王星。
随着人类登上月球，人们对海王星的了解也逐渐增多起来。1977年，美国发射了“旅行者2号”探测器，并对海王星进行了探测。“旅行者2号”飞行了12年，直到1989年8月24日终于飞近海王星，并拍下了大量照片。从发回的照片上看，海王星上乱云翻滚、狂风肆虐，在大气中湍急的气旋不断地涌动，有一些亮斑和暗斑非常引人注目，还有一个沿中心轴向逆时针方向旋转的“大黑斑”，每转360°需10天。
海王星也有磁场和辐射带，大部分地区有极光，像地球南北极那样，大气层动荡不定，大气中含有白云（由冰冻甲烷构成）和大面积气旋，并有时速为640千米的飓风跟随在气旋后面。海王星上空还有一层烟雾，这是因阳光照射大气层中的甲烷而形成的。
海王星的组成
海王星的组成成份与天王星很相似，包括各种各样的“冰”、含有15％的氢和少量氦的岩石。海王星不同于土星和木星，虽然它有明显的内部地质分层，但在组成成份上存在多多少少的一致性。但海王星很有可能拥有一个质量与地球相仿的岩石质的小型地核。它的大气多半由氢气和氦气组成，此外还有少量的甲烷。由于其大气中甲烷吸收了日光中的红光，所以海王星呈蓝色。
海王星作为典型的气体行星，上面时刻呼啸着大风暴或旋风，按带状分布，而且风暴时速可以达到2000千米，是太阳系中最快的。
海王星的内部和土星、木星一样也有热源，而且它辐射出的能量是它吸收太阳能的2倍还多。
延伸阅读——海王星有卫星吗
在对海王星探测时“旅行者2号”发现，海王星有已知卫星9颗：小卫星8颗和海卫一。其中海卫一是太阳系的卫星中质量最大的，也是太阳系天体中最冷的。
海卫一比我们最初想像得更亮、更冷，也更小，它的表面温度为－240℃，部分地区被水冰和雪覆盖，还时常下雪。上面有3座曾喷出过冰冻的甲烷或氮冰微粒的冰火山，喷射高度有时达32千米。研究认为，海卫一上可能有液氮海洋和冰湖存在，到处都有高山、断层、峡谷和冰川，这表明类似的地震可能在海卫一上发生过。此外，海卫一上还有一层稀薄大气层，由氮气组成，它的极冠被冻结的氮形成一个耀眼的白色世界。
让人惊讶的是，海卫一是按照自东向西的方向逆行绕海王星公转的。这种运动的结果是公转速度逐渐减慢，最终可能会陨落在海王星上。
比月球还小的大行星——冥王星
冥王星，或被称为134340号小行星，于1930年1月由克莱德·汤博根据美国天文学家洛韦尔的计算发现，并以罗马神话中的冥王普路托（Pluto）命名。它曾经是太阳系九大行星之一，但后来被降格为矮行星。
太阳系最边缘的行星
冥王星的发现颇经磨难。人们在发现海王星以后，效仿这一发现的思路，设想在海王星之外还有一颗行星存在，它会影响海王星的运动。美国天文学家洛韦尔于1905年完成了计算，预测了这颗新行星的轨道、质量和亮度。他本人和其他天文学家多年搜寻，但没有结果。他逝世后，他创建的天文台继续努力。1930年，终于由汤博（1906～？）从几十万个星象户找到了这颗行星。天文学家不承认这是计算预测的那颗行星。因为计算得到的轨道、质量和亮度值和后来发现的冥王星的实际值相差太远。但是，洛韦尔的长期不懈的努力也是不应该忘记的。这颗行星也是以希腊神话中的地狱之王普路托的名字来命名，中文就称之为冥王星。
冥王星是目前已知的太阳系中最边缘的一颗行星，是太阳系边疆的一名“哨兵”。它以每秒4740米的速度，缓慢但仔细地巡查着太阳系的边疆。它巡查一遍，需要247.69年。冥王星的自转轴和公转轴的交角为60度，有点像半躺在躺椅上绕太阳运行。
冥王星也是太阳系中最小的一颗行星，直径大约是2900千米，公转周期为248.5年，自转周期约为6日4小时。冥王星离太阳最远，接收到的太阳辐射最少，当然是太阳系中最冷的行星了。它的引力最小，大气层很稀薄。其大气的化学成分和天王星、海王星相似。只是由于温度更低，除了氢、氦可以是气态外，其余都变成了液态和固态。
卫星“卡隆”
冥王星只有一个卫星，名字叫“卡隆”（卡隆是希腊神话中的地狱渡船夫），这是太阳系中唯一的一颗同步卫星。卡隆的轨道是圆形的，它的自转轴和冥王星的自转轴相互平行。这颗卫星的自转周期是6.387天，它绕冥王星运动的周期是6.387天，而冥王星的自转周期也是6.387天。三个周期完全一样。真是绝妙之极。不仅这颗卫星始终只以半边面孔对着冥王星，而且冥王星也始终以半边面孔对着它的卫星。谁也不能看到对方的另外半面。
目前，人类对冥王星的了解不多，至今也还没有宇宙飞船飞到冥王星附近去做实地考察，“旅行者2号”告别海王星以后，早已朝着太阳系以外的方向飞去了。什么时候能对冥王星进行近距离的空间探测，我们现在还不得而知，但相信这一天终究是会到来的。
点击谜团——太阳存在第九颗行星吗
众所周知，太阳系共有9大行星。但是，近些年来，世界上相继报道“第10颗行星”存在。如果确实存在的话，那将是非常激动人心的。
自从1930年发现冥王星后，人们就开始寻找第10颗行星。我国的天文学博士刘子华1940年在法国期间。用八卦理论推算出第10颗行星的确存在，因而轰动了整个巴黎，并因此获得了博士学位。后来他进一步推算出第10颗行星的运行周期约800多年，并命名这颗新行星为“木王星”。美国海军天文台的哈林顿博士还推断了这颗行星的位置。他说这颗新行星的质量是地球的3～5倍，公转周期约800年。接着，他用安放在新西兰的天文望远镜，跟踪了这颗新行星。最后他很有把握地给它取了个“汉弗莱”的浑名。
对第10颗行星的存在，专家们的意见尚不一致。日本东京大学松井考典的观点有代表性。他认为，以现在的太阳系和行星起源理论来看，难以考虑数倍于地球质量的未知行星的存在。在土星更外侧，特别是到冥王星那样远的地方，构成行星的物质密度非常低，形成行星需要很长时间，且充其量也只能形成半径为数百公里的小星。如果有数倍于地球质量的行星存在，那么现在的理沦就必须修改。由此可见，对于第10个行星的仔在仍是众说纷纭。目前各国正在制订太空望远镜观测计划，试想用新的方法握高发现新行星的可能性。相信，在不远的将来这个谜一定会解开。
彗星的物质成分与寿命
科学家们认为，彗星的寿命也像人类一样，是有限的。以76年为周期的哈雷彗星为例，彗核每秒钟要消耗1吨物质（按平均周期算，如果按它接近太阳的10个月计算，每秒平均要耗去100吨物质），这样76年一周期就要消耗掉20亿吨左右物质。假设彗星的原始总质量为1000亿吨至10万亿吨，那么哈雷彗星的寿命为 50～5000个周期。即哈雷彗星年龄为3800年至38万年。
通常来说，彗星的寿命为几千个周期。但各个彗星的寿命是不等的，这与彗星上的“彗核”的化学成分及释放消耗的速度有关。