当时仍是柏林天文台的学生达赫斯特表示正好完成了勒维耶预测天区的最新星图，可以作为寻找新行星时与恒星比对的参考图。在1846年9月23日晚间，海王星被发现了，与勒维耶预测的位置相距不到1°，但与亚当斯预测的位置相差10°。事后，查理士发现他在8月时已经两度观测到海王星，但因为对这件工作漫不经心而未曾进一步的核对。
由于民族优越感和民族主义的影响，使得发现海王星在英法两国余波荡漾，国际间的舆论最终迫使勒维耶接受亚当斯也是共同的发现者。然而，在1998年，史学家才得以重新检视天文学家奥林·艾根遗产中的海王星文件，来自格林威治天文台的历史文件，明显是被奥林·艾根窃取近三十年，在他逝世之后才得重见天日，在检视过这些文件之后，有些史学家认为亚当斯不应该得到如同勒维耶的殊荣。
在发现之后的一段时间，海王星不是被称为“天王星外的行星”就是“勒维耶的行星”。伽雷是第一位建议取名的人，他建议的名称是雅努斯，罗马神话中看守门户的双面神。在英国，查理士将之命名为Oceanus；在法国，阿拉贡建议称为勒维耶，以回应法国之外强烈的抗议声浪。
法国天文年历当时以赫歇耳称呼天王星，相对于以勒维耶称呼这颗新发现的行星。同时，在分开和独立的场合，亚当斯建议修改天王星的名称为乔治，而勒维耶经由经度委员会建议以Neptune作为新行星的名字。斯特鲁维在1846年12月29日于圣彼得堡科学院挺身而出支持勒维耶建议的名称。
很快的，海王星成为国际上被接受的新名称。在罗马神话中的Neptune尼普顿等同于希腊神话的Poseidon，都是海神，因此中文翻译成海王星。新发现的行星遵循了行星以神话中的众神为名的原则，而除了天王星之外，都是在远古时代就被命名的。中文及韩文、日文和越南文的汉字写法都是“海王星”。在印度，这颗行星的名称是Varuna，也是印度神话中的海神，与希腊-罗马神话中Poseidon或Neptune的意义是相同的。在蒙古，海王星称为Dalain Van，反映了其同名神的角色是大海的统治者。在现代希腊，人们仍旧将海王星称为波塞冬。在希伯来语中，2009年希伯来语学院投票将海王星的名称称为???，来自《圣经》中提到的海怪，尽管现有的拉丁词Neptun(?????)更为常用。在纳瓦特尔语中，海王星被以雨神Tlāloc的名字命名为Tlāloccītlalli。
从1846年发现海王星到1930年发现冥王星之前，海王星是已知最远的行星。当冥王星被发现时，冥王星被认为是一颗行星，因此海王星成为已知的第二远的行星，除了在1979年到1999年之间，冥王星的椭圆轨道使它比海王星离太阳更近。1992年柯伊伯带的发现导致许多天文学家争论冥王星应该被认为是一颗行星还是柯伊伯带的一部分。2006年，国际天文联合会首次定义了“行星”一词，将冥王星踢除太阳系重新归类为“矮行星”，使海王星再次成为太阳系最外层的行星。
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