Samtalene finner sted få dager før det skal holdes en lenge planlagt fredskonferanse for Syria i Sveits, den såkalte Genève II-konferansen.
Irans utenriksminister Mohammad Javad Zarif møtte sin russiske motpart Sergej Lavrov tidlig på dagen og skulle senere møte president Vladimir Putin.
Lavrov skal også møte Syrias utenriksminister Walid al-Muallem, men han avviser at de tre utenriksministrene skal møtes samtidig. Likevel, Al-Muallam ankom Moskva om bord på flyet til Zarif, ifølge nyhetsbyrået Interfax.
Russland avviser imidlertid at de har en skjult agenda i forkant av Syria-konferansen i Sveits.
– Vi har ingenting å skjule. Vi har ingen skjult agenda, sa Lavrov torsdag.
Iran ikke invitert
Det er USA og Russland, som sammen bestemmer hvem som skal inviteres.
Russland mener at Iran bør delta på den såkalte Genève II-konferansen, men
USA krever at Iran støtter planen om å etablere en overgangsregjering i Syria før de eventuelt deltar, noe iranerne avviser.
Zarif sa torsdag at Iran ønsker å delta på konferansen, men ikke på de betingelsene som USA har satt.
Usikkert om opposisjonen deltar
USAs og Russland har lenge forsøkt å lokke en motvillig opposisjon til forhandlingsbordet.
Det kravet blir tvert avvist av regimet.