Le plus important est Triton, découvert en 1846 quelques semaines seulement après l'identification de Neptune. Triton représente à lui seul plus de 99 % de la masse totale des satellites neptuniens. Son diamètre d'environ 2 700 kilomètres en fait l'un des plus grands satellites du Système solaire. Il présente une caractéristique remarquable : son orbite est rétrograde, c'est-à-dire qu'il tourne autour de Neptune dans le sens opposé à la rotation de la planète. Cette propriété indique fortement qu'il ne s'est pas formé avec Neptune mais qu'il s'agit vraisemblablement d'un ancien objet de la ceinture de Kuiper capturé gravitationnellement.

La capture de Triton aurait profondément bouleversé le système satellitaire originel de Neptune. Les interactions gravitationnelles qui ont suivi auraient détruit ou éjecté plusieurs anciens satellites, tandis que les débris produits auraient contribué à la formation des satellites internes actuels. Triton possède une surface très réfléchissante recouverte principalement d'azote gelé, de méthane et de monoxyde de carbone. Voyager 2 y a observé des geysers d'azote actifs, révélant une activité géologique encore présente. Des modèles récents suggèrent également l'existence possible d'un océan liquide sous sa croûte glacée.
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Huit des treize satellites connus de Neptune.
(Les échelles de Triton et de Néréïde ne sont pas respectées).

Les satellites internes comprennent Naïade, Thalassa, Despina, Galatée, Hippocampe, Larissa et Protée. Ces corps relativement petits présentent des formes irrégulières, signe qu'ils n'ont pas atteint l'équilibre hydrostatique. Protée, avec un diamètre d'environ 420 kilomètres, est le plus grand de ce groupe. Sa surface fortement cratérisée indique une histoire ancienne marquée par de nombreux impacts.

Galatée joue un rôle particulièrement important dans la dynamique du système d'anneaux. Son influence gravitationnelle contribue au maintien de certaines concentrations de matière observées dans les anneaux externes. 

Hippocampe, découvert en 2013 grâce aux images du télescope spatial Hubble, mesure seulement 34 kilomètres de diamètre, et circule à l'intérieur de l'orbite de Protée. Hippocampe est considéré comme un fragment résultant d'une collision passée avec une autre lune (peut-être Protée), ce qui a aidé à expliquer la formation des anneaux ténus de la planète et la dynamique de son environnement.

Plus loin se trouvent plusieurs satellites irréguliers capturés, notamment Néréide, Halimède, Sao, Laomédie, Psamathée et Neso. Néréide possède une orbite exceptionnellement excentrique. Neso et Psamathée figurent parmi les satellites les plus éloignés connus autour d'une planète du Système solaire, évoluant à plusieurs dizaines de millions de kilomètres de Neptune.

Le tableau suivant répertorie les satellites de Neptune actuellement connus. Naïade, Thalassa, Despina, Galatée, Larissa et Protée ont été découverts en 1989  par la sonde Voyager 2; ceux dont la découverte est de 2002 ont été repérés depuis la Terre, à l'observatoire de Cerro Tololo (Chili); Psamathe, découvert en 2003, l'a été depuis le Mauna Kea (observatoire d'Hawaii) :
 

On ajoutera, que Neptune est également entourée, comme les autres planètes géantes, d'un système d'anneaux.