De israeliska raketerna ska ha träffat den militära forskningsanläggningen Jamraya i utkanten av Damaskus, samma anläggning som israeliskt stridsflyg attackerade i januari.
En högt uppsatt israelisk källa bekräftar för AFP att landet genomfört attacken.
– Attacken ägde rum väldigt nära flygplatsen, målet var iranska raketer som var ämnade för Hizbollah, uppger källan som vill vara anonym.
Syriens biträdande utrikesminister Faisal Mikdad säger till CNN att nattens attack innebär ”en krigsförklaring”. Enligt Mikdad är den ett bevis på en allians mellan Israel och oppositionsrebellerna.
Liksom vid den senaste israeliska attacken i januari undviker dock Syriens regering att tala om omedelbar vedergällning.
Andra attacken på två dagar
Al Arabiya rapporterar att över 40 explosioner ska ha hörts i nattens attack.
Och boende i området vittnar om att även militärbaser i området ska ha träffats, enligt BBC.
Attacken skedde dagen efter att israeliska källor bekräftat uppgifter om att israeliskt stridsflyg beskjutit en vapenlast med robotar som ska ha varit avsedda för den militanta rörelsen Hizbollah i Libanon.
Specifikt handlar det om de iranska missilerna Fateh-110, enligt Reuters.
Enligt Reuters ska även nattens attack ha handlat om att stoppa en vapenleverans från Iran till Hizbollah.
Inga kommentarer från Israel
Israels premiärminister Benjamin Netanyahu kommenterade inte söndagsmorgonens flygräd innan han inledde söndagens regeringssammanträde, men upprepade att frågan om Israels säkerhet alltid ligger högst på hans dagordning.
Det var Netanyahus första offentliga uttalande efter de båda flygräderna.
Samtidigt bekräftade israelisk militär att man flyttat två robotbatterier ur det så kallade försvarssystemet Järnkupolen upp till området kring Haifa och Safed i norra Israel. Det uppgav den israeliska tidningen Haaretz.
Arabförbundet kallar nattens israeliska attacker för en kränkning av Syriens suveränitet och kräver att FN:s säkerhetsråd agerar för att stoppa dem.
Egypten, som liksom Arabförbundet tagit ställning mot Syriens president Bashar al-Assad, anser att luftanfallen är ett brott mot internationell lag.
Iran kan träna syrisk armé
Samtidigt säger sig Iran vara redo att hjälpa till att ”träna” den syriska armén om Damaskus skulle söka sådan assistans. Det uppger den iranske generalen Ahmad Reza Pourdastan, uppger AFP.
– Som muslimsk nation stödjer vi Syrien, och om det finns behov så kommer vi att bistå dem med träning, men kommer inte ta aktiv del i operationerna, säger Ahmad Reza Pourdastan enligt den statliga nyhetsbyrån Irna.