La portavoz del Departamento, Jen Psaki, quien horas antes anunció el hecho, no dijo por qué fueron detenidos.
"Los cuatro militares puestos bajo custodia del gobierno libio han sido liberados", dijo Psaki en un comunicado la madrugada del sábado.
"Seguimos intentando determinar los detalles del incidente", indicó.
Según Psaki, los militares "operaban en un área cerca de Sabratha como parte de un operativo de seguridad cuando fueron detenidos".
Sabratha, conocido por sus ruinas romanas, se ubica a 65 km al oeste de Trípoli.
"Valoramos nuestra relación con la nueva Libia", dijo Psaki. "Tenemos una asociación estratégica basada en intereses compartidos y en nuestro firme apoyo a la histórica transición democrática para Libia", destacó.
Una funcionario estadounidense, que habló bajo condición de anonimato, dijo a la AFP que los cuatro militares fueron liberados dos horas después de que el Departamento de Estado anunciara su detención.
El grupo estaba adscrito al equipo de seguridad de la embajada estadounidense en Trípoli y podría haber estado trabajando en localizar rutas de escape para eventual uso de diplomáticos, según reportó el diario The New York Times, que citó a funcionarios estadounidenses.
Los militares fueron detenidos en un puesto de control y puestos a la orden del Ministerio del Interior, según el Times.
Los estadounidenses han sufrido ataques más de una vez desde 2011, cuando el régimen de Muamar Gadafi fue derrocado por grupos rebeldes apoyados por Estados Unidos y la OTAN.
En setiembre de 2012, un gran número de milicianos fuertemente armados atacaron la misión diplomática estadounidense en Bengasi, costando la vida al embajador y a otros tres agentes.
A mediados de noviembre, el Departamento de Estado reveló que desde enero ofrecía una recompensa de 10 millones de dólares por cualquier información que ayudara a encontrar a los responsables del ataque en Bengasi.
Las autoridades libias tienen grandes dificultades para controlar las milicias que surgieron durante la rebelión contra Gadafi, ante la ausencia de una policía y un ejército profesionales.
El país, en su mayoría desértico, está dirigido en los hechos por las milicias y está atiborrado de armas pesadas que fueron saqueadas del arsenal de Gadafi.
Los dos años desde que Gadafi fue derrocado y asesinado por los rebeldes, Bengasi ha sido escenario de ataques contra fuerzas de seguridad y sedes diplomáticas extranjeras, así como violencia generalizada.
Esta semana, un carro bomba dejó al menos 13 personas muertas en un puesto de control en una localidad a unos 50 km de Bengasi.