A população de Teerão acordou com o som de explosões, sendo que a televisão estatal iraniana confirmou o ataque.
Não ficou claro até ao momento qual o local atingido, embora o fumo estivesse a subir de Chitgar, um bairro no oeste de Teerão.
Não há instalações nucleares conhecidas naquela zona --- mas não ficou claro até ao momento se Israel lançou outros ataques contra o resto do Irão.
Um oficial militar israelita afirmou que o país visou instalações nucleares iranianas, sem as identificar.
O responsável falou aos jornalistas e pediu para não ser identificado para discutir a operação em curso, que também visa instalações militares.
O preço do petróleo Brent, referência no mercado, disparou com o ataque, subindo quase 5% com a notícia.
O ministro da Defesa de Israel, Israel Katz, confirmou que o país realizou o ataque, sem revelar o alvo.
"Na sequência do ataque preventivo do Estado de Israel contra o Irão, são esperados imediatamente ataques com mísseis e drones contra Israel e a sua população civil", disse em comunicado.
O comunicado acrescentou que Katz "assinou uma ordem especial declarando a situação de emergência na retaguarda".
"É essencial ouvir as instruções do comando e das autoridades da frente interna para permanecer em áreas protegidas", afirmou.
O Irão suspendeu hoje todos os voos no Aeroporto Internacional Imam Khomeini, o principal aeroporto do país, situado nos arredores de Teerão, informou a televisão estatal iraniana.
O Irão já tinha fechado o espaço aéreo no passado, antes de lançar ataques contra Israel durante a guerra entre Israel e o movimento islamita palestiniano Hamas.
O ataque ocorre numa altura em que as tensões atingem novos patamares devido aos avanços do programa nuclear de Teerão.
Na quinta-feira, o Conselho de Governadores da Agência Internacional de Energia Atómica censurou o Irão, pela primeira vez em 20 anos, por não colaborar com os seus inspetores.
O Irão anunciou de imediato que iria estabelecer uma terceira unidade de enriquecimento de urânio no país e trocar algumas centrifugadoras por outras mais avançadas.
Há anos que Israel alerta que não permitirá que o Irão construa uma arma nuclear, algo que Teerão insiste não querer --- embora as autoridades locais tenham alertado repetidamente que poderiam construí-las.
Os Estados Unidos já tinham retirado alguns diplomatas da capital do vizinho Iraque e ofereceram a retirada voluntária às famílias das tropas norte-americanas destacadas no Médio Oriente.
A Casa Branca não comentou até ao momento os ataques israelitas.
Quando começaram as explosões em Teerão, o Presidente norte-americano, Donald Trump, estava no relvado da Casa Branca a conversar com membros do parlamento.
Não ficou claro se foi informado, mas Trump continuou a apertar mãos e a posar para fotografias durante vários minutos.
Trump disse anteriormente que pediu ao primeiro-ministro israelita, Benjamin Netanyahu, que adiasse qualquer ação, enquanto o Governo de Washington negociava com o Irão.
"Enquanto eu achar que há uma [possibilidade de] acordo, não quero que eles entrem porque acho que isso arruinaria tudo", disse Trump aos jornalistas.
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