Skottlossningen ägde rum strax efter kl 21 när en ensam man öppnade eld på en bar på Dizengoff Street, en populär gata med många barer och restauranger.
Två civilpersoner, 27 och 28 år gamla, dödades i attacken enligt polisen. Fyra andra vårdas på sjukhus för livshotande skador, medan två har medelsvåra skador och nio lindriga skador, rapporterar The Times of Israel.
Polisen misstänker att det rör sig om ett terrordåd, men utesluter inte andra motiv.
– Vad vi vet finns det tecken på att detta var terror, sade Tel Avivs polischef Ami Eshed till reportrar sent på torsdagskvällen.
Skytten fortfarande på fri fot
Skytten flydde efter dådet och är fortfarande på fri fot. Polisen söker efter mannen med hjälp av militära elitsoldater och har satt upp ett hundratal vägspärrar i området.
Under natten publicerade polisen ett foto av en misstänkt man, barhuvad och klädd i en mörk jacka.
Evelyn Gertz satt åt middag på en restaurang bredvid baren som besköts:
”Vi kastade oss under bordet och började gråta, det var hemskt,” berättar hon för The Times of Israel.
Sveriges ambassadör i Israel, Erik Ullenhag, skriver på Twitter efter attacken:
” Ännu en fruktansvärd terrorattack. I kväll dödades två peroneri hjärtat av Tel Avivs nattliv. Mina tankar är med offren och Sverige står tillsammans med Iraelerna.”
Läget i Israel är spänt efter flera terrordåd i slutet av mars.
Flera terrordåd de senaste veckorna
Den 22 mars dödades fyra personer och flera skadades av en knivbeväpnad sympatisör till den islamistiska terrorgruppen IS i Beersheba i södra Israel.
Den 27 mars sköts två gränspoliser till döds i staden Hadera i norra Israel. Angriparna dödades. IS tog på sig skulden för dådet.
Den 29 mars sköts fem personer ihjäl i staden Bnei Brak, nära Tel Aviv. Den väpnade grenen av den palestinska Fatahrörelsen, al-Aqsamartyrernas brigader, tog på sig skulden för attacken.
Källor: TT, CNN, Times of Israel