Länderna ligger formellt i krig med varandra, men under två dagar har delegationer träffats på en FN-bas i den libanesiska gränsstaden Naqoura. Även representanter för FN och USA närvarade.
Det krishärjade Libanon hoppas få rätt att leta olja och gas i ett område som även Israel gör anspråk på.
FN:s och USA:s sändebud säger i ett gemensamt uttalande att de är "hoppfulla om att dessa förhandlingar ska leda fram till en efterlängtad lösning".
Israel och Libanon är överens om att fortsätta förhandla nästa månad. Parterna ska träffas igen den 11 november, enligt en libanesisk källa.
Förhandlingar mellan länderna är en ovanlig företeelse, men i mitten av oktober träffades de för en första omgång av samtal om gränser. De möttes på nytt i onsdags och på torsdagen.