Belső felépítése
Szilárd anyagokat is tartalmazó magjának sugara 7 ezer km lehet, ezt veszi körül egy 16 ezer km-es, főleg vízből, valamint ammóniából és metánból álló köpeny, ez a bolygó teljes tömegének kb. kétharmadát alkotja. Sűrű légkör borítja, amelynek befelé haladva fokozatosan növekszik a nyomása, és lassan beleolvad a cseppfolyós köpenybe. Kisebb tömegű a Jupiternél és a Szaturnusznál, így kevesebb hidrogént és héliumot tudott megkötni kialakulásakor.
Légköre
Az Uránusz bolygó szürkés-kékes-zöldes, jellegtelen, kevés részletet mutató légkörrel rendelkezik. Atmoszférájának fő összetevője a hidrogén és a hélium, de emellett jelentősmennyiségű ammóniát és különféle szénhidrogéneket is tartalmaz. A metán a Nap ultraibolya sugárzásának hatására elbomlik, és hosszúláncú szénhidrogén-molekulák keletkeznek belőle.
Ezek összefüggő szmogréteget alkotnak a felhők felett, amely eltakarja az alatta fekvő rétegeket – emiatt olyan részlet nélküli, szürkés az égitest képe. A szmogréteg alatt 40 km-rel kezdődnek a metán kristályokból álló felhők, mivel a metán fagy meg a legalacsonyabb hőmérsékleten, majd lefelé haladva ammónia- és vízfelhők következnek. A légkör differenciálisan rotál, a gyenge kontraszt ellenére az egyenlítővel párhuzamos felhősávok fedezhetők fel rajta.
A forgástengely nagy dőlésszöge miatt a bolygón erősen változik a besugárzás nagysága. Ennek ellenére az egész Uránuszon közel azonos hőmérséklet uralkodik, nincsen sem napi, sem évszakos hőingás. A bolygó időjárásának kialakításában a fő szerepet (akárcsak a többi óriásbolygónál) sokkal inkább a belső tartományokból származó hő, mint a napsugárzás játssza. Ennek forrása az óriásbolygókra jellemző globális összehúzódás lehet.
Pályája
Az Uránusz 84 földi év alatt kerüli meg egyszer a Napot. Forgástengelye 8 fokos szöget zár be a pályasíkjával, így oldalára dőlve rója a pályáját. Az Uránusz forgása retrográd, azaz a legtöbb bolygóval ellentétes irányú. E két dolog oka valószínűleg egy bolygó méretű testtel történt ütközés eredménye. Mindkét pólusa felváltva 21 éves időtartammal fordul a Nap felé. Ez azt jelenti, hogy amikor egyik pólusát hosszú időn át süti a Nap, a másik teljes sötétségbe borul. A napsugárzásnak már csak 0,25%-a jut el oda.
Keringése, forgása
Tengelyforgása a többi óriásbolygóhoz hasonlóan gyors, így alakja kissé lapult.
Forgástengelye szokatlan helyzetű, 97,9 fokos szöget zár be a pályasíkra állított merőlegeshez képest, azaz szinte „gurul” pályáján. A forgástengely furcsa helyzetét valószínűleg egy gigantikus becsapódás hozta létre valamikor a bolygó múltjában. A nagy dőlésszög eredményeképpen a megvilágítás erősen változó, előfordul, hogy egy félteke hosszú éveken át egyáltalán nem kap napfényt.
Az Uránus 84 évente egyszer kering a Nap körül, átlagosan hét évbe telik, hogy áthaladjon az állatöv tucatnyi csillagképén. 2033-ban a bolygó harmadik teljes pályáját teszi meg a Nap körül, mióta 1781-ben felfedezték. A bolygó azóta kétszer, 1862-ben és 1943-ban tért vissza felfedezésének pontjához Zeta Tauritól északkeletre ,Átlagos távolsága a Naptól nagyjából 20 csillagászati Egység. . A Naptól való minimális és maximális távolsága közötti különbség 1,8 AU, nagyobb, mint bármely más bolygóé, bár nem olyan nagy, mint a Plútó törpebolygóé .
Mágneses mezője
Az Uránusznak gyenge és aszimmetrikus mágneses tere van. A mágneses tér erőssége a déli félteke felszínén mindössze 0,1 gauss (10 µT), ugyanakkor az északi félgömbön eléri az 1,1 gauss (110 µT) értéket. Az átlagos térerősség a felszínen 0,23 gauss (23 µT).
Az Uránusz mágneses tengelye 60°-kal eltér a forgási tengelytől, ezért a napszél lökéshullám frontja erősen eltolja, mintegy a bolygó mögé csavarja és spirálba rendezi a mágneses erővonalakat. A magban nagy nyomású, átalakult kristályszerkezetű sós-ionos víz áramlik, amely gyenge mágneses erőteret kelt.
Gyűrűrendszere
Az Uránusz gyűrűrendszere a bolygó centrumától 41-51 ezer km közötti távolságban húzódik. Mérete és anyagsűrűsége messze elmarad a Szaturnuszétól. A gyűrűk szélességükben és átlátszóságukban váltakoznak hosszuk mentén, ez a szabálytalanság leginkább a Neptunusz hullámos gyűrűire hasonlít. Anyaguk sötét, a belső tíz hold anyagára emlékeztet. A sötét színt valószínűleg a magnetoszféra részecskéinek folyamatos bombázó hatása alakítja ki, amely a metánt lebontja, és lehetőséget teremt hosszúláncú szénhidrogének keletkezésére. Ezek sötét réteget vonnak a testek felszínére.
A rendszert többségében elég nagy, kb. méteres részecskék alkothatják. A gyűrűk portartalma kicsi, valamilyen folyamat ugyanis állandóan megtisztítja őket az apró részecskéktől. Ez egyrészt lehet a bolygó külső hidrogén halojának súrlódása révén kifejtett fékező hatás. Létrehozhatja emellett az Uránusz magnetoszférája is, amely a töltéssel rendelkező testek mozgását befolyásolja – mindkettő következtében az apró részecskék spirális pályán a légkörbe hullanak. Az eddigi megfigyelések csak két terelőholdat találtak (ezek tartják keskeny sávban az egyik gyűrű anyagát), de sok hasonló létezhet még a gyűrűrendszerben, illetve annak közvetlen közelében.
Holdrendszer
Az Uránusz körül eddig 27 holdat fedeztek fel, ezek két csoportba oszthatók: a bolygóhoz közel keringő kis holdakra, és a távolabb található öt nagyobb objektumra.
A belső tíz, többnyire szabálytalan alakú hold átmérője 170 km-nél kisebb. Sötét színük arra utal, hogy külső társaikhoz képest kevesebb jeget tartalmaznak.
Az öt távolabbi hold lényegesen nagyobb, ezek sorrendben: Miranda, Ariel, Umbriel, Titania és Oberon. A legbelső kivételével 1100-1600 km közötti átmérőjűek, alakjuk gömbszimmetrikus. Anyaguknak nagyjából a fele jég, fele kőzet, légkört egyiküknél sem sikerült kimutatni. Felszínükön sok becsapódásos kráter található, az idősebb területek kora 4 milliárd év körüli. Ezek mellett hatalmas, az égitestek geológiai aktivitását bizonyító fiatalabb képződmények is felfedezhetők. Ezek a törésrendszerek és gerincek – mint már korábban említettük – akkor keletkezhettek, amikor a holdak belseje szilárddá fagyott, és a fagyáskor a jég kitágult. Ez felrepesztette a kérget, és a belsőből az anyag a felszínre jutott, ahol változatos formációkat hozott létre.
Legnagyobbak a bolygótól való távolság sorrendjében: Miranda (V), Ariel (I), Umbriel (II), Titánia (III) és Oberon (IV). A Voyager–2 tizenegy további Uránusz-holdat fedezett fel (Cordelia, Ophelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Juliet, Portia, Rosalinda, Belinda, Puck és Perdita, amit csak 1999-ben találnak meg a Voyager-2 felvételeken). A Caliban és Sycorax holdakat 1997-ben fedezik fel földi távcsövekkel. A Setebos, Stephano és Prospero 1999-ben, a Trinculo, Francisco, Ferdinand és Margaret 2001-ben, a Mab és a Cupido pedig 2003-ban kerül felfedezésre. A holdakat Shakespeare és Alexander Pope hőseiről nevezték el. Az Uránusz holdjai igen halványak. Még a legnagyobb és legfényesebb Titania is 14 magnitúdós, ezért csak távcsövekkel figyelhető meg.