Överste Amadou Abdramane sade i tv-talet, omgiven av nio andra soldater, att de "beslutat att avsluta president Bazoums styre". Presidenten frihetsberövades enligt uppgifter tidigare under dagen
Soldaterna sade också att landets gränser och institutioner stängts och att ett nattligt utegångsförbud införts "tills vidare".
– Det här är följden av en fortsatt försämring av säkerhetssituationen och dålig ekonomisk och social styrning, sade Amadou Abdramane.
Presidenten Mohamed Bazoum, som kom till makten 2021 i landets första demokratiska maktöverlämnande, verkar inte vara helt avstängd från omvärlden. På torsdagen skriver han på meddelandetjänsten X som tidigare hette Twitter:
"De framgångar som har nåtts med stor möda kommer att säkras. Alla nigerier som älskar demokrati och frihet kommer att se till det."
Landets utrikesminister Hassoumi Massoudou säger under morgonen till France24 att presidenten är vid god hälsa och att den valda regeringen är den "legitima och lagliga makten" i landet.
Blinken kräver frisläppande
Beskedet från militären fick USA:s utrikesminister Antony Blinken att omedelbart kräva att Mohamed Bazoum ska släppas fri efter att soldaterna omringat presidentpalatset och uppgett att de övertagit makten.
– Jag talade med president Bazoum tidigare i dag och gjorde det klart att USA med kraft stöttar honom som den demokratiskt valde presidenten i Niger. Vi kräver att han omedelbart släpps fri, sade Blinken.
Även Frankrike fördömde på torsdagen "alla försök att med våld ta makten" i Niger.
Inleddes tidigare
Kuppen inleddes tidigare på onsdagen i samband med att landets president Mohamed Bazoum frihetsberövades av medlemmar av presidentgardet, enligt källor som står nära Bazoum.
Presidentkansliet uppgav under onsdagen att medlemmarna i presidentgardet utan framgång försökt få stöd av de nationella väpnade styrkorna.
Vidare uppgav kansliet att armén är redo att anfalla den del av presidentgardet som är inblandad.
Medlare på väg
FN:s generalsekreterare António Guterres fördömer starkt händelserna på meddelandetjänsten X och säger att FN står på regeringens och Nigers folks sida.
"Jag fördömer i de starkaste ordalag alla försök att ta makten med våld och att undergräva demokratiskt styre, fred och stabilitet i Niger", skriver han.
Presidentkansliet uppgav tidigare att presidenten och hans familj mår bra.
Den västafrikanska ekonomiska sammanslutningen Ecowas meddelade att Benins president Patrice Talon är på väg till Niger för att medla.
Bazoum valdes 2021. Han tog då över rodret för ett av Afrikas fattigaste och mest kuppbenägna länder.
Rättelse: I en tidigare version av texten fanns en felaktig översättning av presidentens inlägg på X.