Voyager 2 a réalisé le premier gros plan Observations d’Uranus entre le 4 novembre 1985 et le 25 février 1986, faisant son approche la plus proche de 50 700 miles au-dessus des sommets des nuages de la planète le 24 janvier 1986. Il a renvoyé plus de 7 000 photographies de la planète, ses anneaux et ses lunes, découvrant deux nouveaux anneaux et 11 nouvelles lunes. Les instruments du vaisseau spatial ont renvoyé des données sur l’atmosphère de la planète et son champ magnétique inhabituel, incliné de 59 degrés par rapport à son axe de rotation et décalé du centre de la planète d’environ un tiers du rayon de la planète.
Voyager 2 a profité de la gravité d’Uranus pour l’envoyer vers sa dernière destination planétaire, Neptune. Le vaisseau spatial a effectué le premier gros plan observations de la huitième planète entre le 5 juin et le 2 octobre 1989, faisant son survol à seulement 3 408 milles au-dessus de son pôle nord le 25 août, son approche la plus proche de toute planète depuis son départ de la Terre en 1977. Cette trajectoire a permis à Voyager 2 d’observer la grande lune de Neptune, Triton, la dernier objet solide qu’il a exploré. Au cours de la rencontre, il a renvoyé plus de 9 000 images de la planète, de son atmosphère, de ses anneaux sombres et de ses lunes, découvrant six nouvelles lunes. Comme Uranus, les instruments de Voyager 2 ont révélé que Neptune a un champ magnétique inhabituel, non seulement incliné de 47 degrés par rapport à l’axe de la planète, mais également considérablement décalé par rapport au centre de la planète.
