Teheran har hotat att ta ett avgörande steg mot att överge avtalet på tisdag, om inte de amerikanska sanktioner som infördes under president Donald Trumps styre hävs.
Utrikesministrarna från Tyskland, Storbritannien och Frankrike samlades i Paris för att över videolänk dryfta situationen med sin amerikanske motsvarighet Antony Blinken.
– Iran är uppenbarligen inte intresserat av att lätta på spänningarna, men vill öka dem. De leker med elden, sade utrikesminister Heiko Maas före mötet.
"Diplomati avgörande"
EU:s rådsordförande Charles Michel pratade på torsdagen med Irans president Hassan Rohani, och skrev efter samtalet på Twitter att diplomati är "avgörande" för att rädda avtalet.
Det var också de fyra västländernas budskap till Iran efter Parismötet:
De "understryker faran i beslutet att begränsa IAEA:s tillträde och uppmanar Iran att överväga konsekvenserna av en sådan allvarlig handling, särskilt vid en tidpunkt då diplomatiska möjligheter åter finns", heter det i ett gemensamt uttalande.
USA:s nuvarande president Joe Biden har sagt att han är beredd att återgå till avtalet och lyfta sanktioner om Iran börjar fullfölja alla sina åtaganden igen.
Från USA kommer nu beskedet att man är redo att möta Iran i samtal, och att man är beredd att återupprätta överenskommelsen. Amerikanska reserestriktioner mot iranska diplomater togs också bort på torsdagen.
Irans utrikesminister Mohammad Javad Zarif antyder dock på Twitter att överenskommelsen kan räddas endast om USA slopar de sanktioner som införts mot landet.
"Avlägsna orsaken om du fruktar effekten", skriver han.
Ta första steget
Det var när Trumps USA övergav avtalet 2018 som det började falla samman. Iran har sedan dess gjort fler och fler avsteg från överenskommelsen.
De europeiska stormakterna har försökt stötta uppgörelsen, som slöts 2015 i Wien och innebär kontroller av Irans kärnenergiprogram i utbyte mot sanktionslättnader.
Iran har i stället krävt att USA tar första steget, och sätter press genom planer på att stoppa vissa inspektioner från FN:s atomenergiorgan IAEA från och med nästa vecka.
IAEA:s chef Rafael Grossi reser till Teheran på lördag för att diskutera hur inspektionerna ska kunna fortsätta framöver. Organet varnar för att Irans planerade begränsningar skulle få "en allvarlig påverkan" på IAEA:s förmåga till kontroller i landet.