L'élément est réactif et présente quatre états d'oxydation. Il fut découvert en 1940 par les physiciens américains Edwin McMillan et Philip Abelson. Il est obtenu par le bombardement de l'uranium-238 avec des neutrons. L'uranium-239 résultant se désintègre par radioactivité en émettant une particule bêta et forme le neptunium-239. En se transformant, l'isotope du neptunium émet une particule bêta, formant l'important isotope plutonium-239, (un des matériaux utilisé dans les bombes atomiques).

Le plus stable dees isotopes, le neptunium-237, a une période radioactive de 2,14 millions d'années. Cet isotope de longue durée de vie était un outil de recherche important dans le projet de la bombe atomique, et il est utilisé dans les études de réactivité chimique.

Le neptunium se trouve dans la nature sous forme de traces dans les minerais d'uranium, mais il est produit artificiellement. On l'utilise comme composant dans les appareils de détection de neutrons.