天王星的直径是地球的4倍，它是人类用天文望远镜发现的第一颗行星。与土星和木星一样，它拥有氢含量丰富的大气，但它的大气中冰的比例更大——特别是冰冻水和冰冻氨。海王星和天王星类似，但体积和密度都更大一点。显著的云带和大暗斑是海王星蓝色球体上的特色。这两个星球的外层大气都富含甲烷，其内部很可能有一个厚厚的、被泥泞的冰物质包围着的致密石质-金属（性）核。
巨行星的内核由难熔元素组成，形成的速度也许非常快，然后通过吸积形成气态包覆层。木星的质量之所以如此大很可能是因为它处于“雪线”附近，雪线是水和挥发性物质聚集和冷却的点——强烈的太阳活动清除了更靠近太阳的较轻元素的区域。
每颗巨行星都有很多卫星：木星至少有29颗，土星有30颗，天王星有21颗，海王星则有8颗。海王星卫星中最大的一颗是海卫一，它是大卫星中唯一拥有逆向自转轨道的卫星；土星大卫星——土卫六则有厚的大气层。“旅行者号”宇宙飞船从很多这样的卫星附近掠过，揭示了木星的卫星——木卫一上活跃的硫黄-硅酸盐火山作用，其他一些卫星上的撞击陨坑和构造变形，以及海卫一上的巨大断层悬崖和低温火山作用。另外，“旅行者号”还揭示了围绕木星、天王星和海王星的环系统。