En passasjer gjorde sjåføren oppmerksom på en mistenkelig bag mens bussen søndag var på vei gjennom byen Bat Yam sør for Tel Aviv, opplyste polititalsmannen Micky Rosenfeld.
Passasjeren hadde åpnet bagen, og så ledninger i den.
Sjåføren stanset umiddelbart bussen og fikk evakuert de 12 passasjerene.
En bombeekspert som raskt kom til stedet og forsøkte å uskadeliggjøre ladningen, ble kastet bakover da den eksploderte, men slapp fra hendelsen uten skader.
– Var et terrorangrep
Ifølge politiet var det først uklart om det er palestinske militante eller israelske kriminelle gjenger som hadde plassert bomben på bussen.
Senere på ettermiddagen bekreftet politiets talsmann at det dreide seg om et terrorangrep.
– Det er basert på undersøkelser og tekniske bevis vi har funnet på stedet, sier Rosenfeld.
Politiet leter nå etter mistenkte.
Ber publikum være oppmerksomme
Forrige gang en bombe eksploderte på en buss i Israel var i november i fjor. Da ble 17 mennesker skadet på en pendlerbuss i Tel Aviv.
Politiet oppfordrer innbyggerne til å være ekstra oppmerksomme på busser, tog, i kjøpesentre, bussholdeplasser og alle andre offentlige steder hvor flere mennesker er samlet.