Neptūnam šobrīd ir zināmi 14 pavadoņi, kuru nosaukumi ataino dažādas mazās jūras un ūdeņu dievības seno grieķu un romiešu mitoloģijā.

Vislielākais no pavadoņiem ir Tritons, kuru 1846.gada 10.oktobrī, tikai 17 dienas pēc Neptūna atklāšanas, pamanīja astronoms Viljams Lasels. Tā kā tas riņķo pretēji Neptūna griešanās virzienam, kā arī tā orbīta ir novietota ieslīpi attiecībā pret planētas ekvatoru – tiek uzskatīts, ka Tritons varētu būt Neptūna gravitācijas noķerts Koipera joslas objekts. Visticamāk, ka šis notikums izrādījās katastrofāls daudziem dabīgajiem Neptūna pavadoņiem, kuru orbītas tika izjauktas un tie sadūrās savā starpā. No šīm atlūzām varēja izveidoties ap Neptūnu novērotie gredzeni.

Tritona diametrs ir 2700 kilometri un tas ir vienīgais sfēriskais Neptūna pavadonis. Tam raksturīga plāna un retināta slāpekļa atmosfēra, kurā veidojas slāpekļa ledus mākoņi. Lai arī virsmas temperatūra uz Tritona sasniedz -235 grādus pēc Celsija, Voyager 2 novēroja uz pavadoņa virsmas aktīvus ledus geizerus, kas liecina par to, ka pavadoņa iekšienē vēl ir saglabājies siltums. Iespējams, ka tā dzīlēs slēpjas šķidra ūdens okeāns.

Neptūna lielākais pavadonis riņķo ap planētu aptuveni 350 000 km attālumā. Starp to un planētu atrodas septiņi mazāki pavadoņi, kas riņķo planētas ekvatoriālajā plaknē. Tie ir regulārie pavadoņi. Lielākais no tiem ir Protejs, kura diametrs ir aptuveni 400 km. Tas ir viens no tumšākajiem objektiem Saules sistēmā, atstarojot tikai 6% no saņemtās Saules gaismas. Proteju un vēl četrus iekšējos pavadoņus zinātnieki pamanīja Voyager 2 fotogrāfijās.

Vistuvāk Neptūnam atrodas aptuveni 100 km lielā Najāda, kas riņķo 23 500 km attālumā no Neptūna atmosfēras augšējiem slāņiem. Tas ir neregulāras formas pavadonis, kurš lēnām tuvojas planētai un kādā brīdī Neptūna gravitācija to saraus gabalos.

Iekšējie pavadoņi ir saistīti ar Neptūna gredzeniem un nodrošina to robežu uzturēšanu, ar savu gravitāciju noturot gredzenu daļiņas konkrētos apgabalos.

Tālāk par Tritona orbītu atrodas sešu neregulāro pavadoņu orbītas, kas ir novietotas ieslīpi attiecībā pret planētas ekvatoriālo plakni. Šie pavadoņi atklāti, izmantojot lielos teleskopus uz Zemes. Viens no šiem pavadoņiem ir Nereīda, kurš visticamāk ir bijis regulārais Neptūna pavadonis, bet Tritona notveršana ir izraisījusi Nereīdas orbītas izmaiņas. Nereīda ir trešais lielākais Neptūna pavadonis.

Vistālāk no Neptūna atrodas Psamate un Nēso, kas varētu būt izveidojušies, sadaloties gabalos lielākam Neptūna pavadonim. Psamate un Nēso riņķo aptuveni 125 reizes tālāk no Neptūna kā Mēness no Zemes un vienu orbītu attiecīgi veic 25 un 27 Zemes gadu laikā.