Barnen, som enligt polisen är i åldrarna 11-12 år, ska ha berörts på låren, magen och ryggen inne i en simhall i Uppsala.
Polisen larmades om händelsen vid 16.50 på tisdagseftermiddagen. En 16-årig pojke kunde gripas på platsen, misstänkt för sexuellt ofredande.
– Han är släppt nu, men fortsatt misstänkt, säger Uppsalapolisens Kenneth Sundin.
Enligt Uppsalapolisen var det personalen i simhallen som ringde polisen.
– Händelserna ska ha skett i en bubbelpool, säger Kenneth Sundin.