Les contrats à terme sur le pétrole Brent pour novembre ont perdu 34 cents, soit 0,46%, à 73,31 dollars le baril à 0015 GMT, tandis que les contrats à terme sur le pétrole WTI pour octobre ont baissé à 70,49 dollars le baril, en baisse de 42 cents, soit 0,59%.
La banque centrale américaine a réduit les taux d'intérêt d'un demi-point de pourcentage mercredi, suggérant que la Fed voyait un ralentissement du marché de l'emploi. Ce point de vue a semblé l'emporter sur le coup de pouce que les réductions de taux d'intérêt apportent habituellement à l'activité économique.
"Alors que la réduction de 50 points de base laisse présager des difficultés économiques, les investisseurs baissiers n'ont pas été satisfaits après que la Fed ait relevé les perspectives de taux à moyen terme", ont déclaré les analystes d'ANZ dans une note.
La faiblesse de la demande liée au ralentissement de l'économie chinoise a également continué à peser.
"Les inquiétudes persistantes concernant la demande chinoise ont éclipsé la décision de la Fed", a déclaré Tony Sycamore, analyste de marché chez IG.
La production des raffineries en Chine a ralenti pour le cinquième mois en août, comme l'ont montré les données du bureau des statistiques au cours du week-end.
La croissance de la production industrielle chinoise a également ralenti pour atteindre son plus bas niveau en cinq mois le mois dernier, et les ventes au détail ainsi que les prix des logements neufs ont continué à s'affaiblir.
Toutefois, les analystes de Citi ont déclaré que la demande chinoise de pétrole pourrait rebondir de 300 000 barils par jour en glissement annuel au quatrième trimestre, grâce à l'amélioration de la production des raffineries indépendantes et au démarrage du nouveau raffineur Shandong Yulong Petrochemical, ce qui apporterait un certain soutien à la demande mondiale.
Les marchés surveillaient les événements au Moyen-Orient après que des talkies-walkies utilisés par le groupe armé libanais Hezbollah ont explosé mercredi, à la suite d'explosions similaires de bipeurs la veille.
Les autorités israéliennes n'ont pas commenté les attaques, mais des sources de sécurité ont déclaré que l'agence d'espionnage israélienne Mossad en était responsable, ce qui a renforcé les craintes d'une escalade dans la guerre qu'Israël mène depuis 11 mois à Gaza.