Enligt J.D. Vance varade förhandlingarna i 21 timmar.
”Vi åker tillbaka till USA utan en överenskommelse. Vi var väldigt tydliga med vad gränserna inte fick passeras”, säger han.
Enligt Irans halvstatliga nyhetsbyrå Tasnim lämnade också en iransk delegation Pakistan.
Som en sammanfattning av samtalen på den iranska statliga televisionen sa det iranska utrikesministeriets talesman Esmail Baghaei: ”Även om vi lyckades nå en överenskommelse i vissa frågor, fanns det två eller tre viktiga frågor där det fanns skillnader mellan de två sidornas ståndpunkter, och samtalen ledde inte till någon överenskommelse.”
Som väntat var nyckelfrågorna Irans kärntekniska program och kontroll av sjöfartstrafiken genom Hormuzsundet, genom vilket en femtedel av världens gas- och oljetransporter normalt passerar.
Vance sa att den amerikanska sidan var ”ganska flexibel”.
”Vi måste se till att de förbinder sig att inte försöka skaffa kärnvapen och att se till att de inte försöker få verktyg som hjälper dem att snabbt producera kärnvapen”, säger han.
Han tillade att Irans åtagande att inte utveckla kärnvapen inte kan vara kortsiktigt och måste gälla ”på lång sikt”.
Vance sa att USA erbjöd det ”sista och bästa erbjudandet.”
”Vi får se om iranierna accepterar det”, sa han.
Den iranska statliga sändaren Irib News Agency hävdade att den iranska delegationen förhandlade för att skydda det iranska folkets intressen.
Kanalen rapporterade: ”Trots flera ansträngningar från den iranska delegationen hindrade de orimliga kraven från den amerikanska sidan förhandlingarnas framsteg. Som ett resultat avbröts förhandlingarna.”
Förhandlingarna mellan USA och Iran i Pakistans huvudstad Islamabad är på den högsta nivån sedan Irans revolution 1979. Förhandlingar arrangerades med Pakistan som medlare efter att de krigförande länderna gått med på en två veckor lång vapenvila denna vecka.
Pakistans utrikesminister Ishaq Dar sa efter mötet att den pakistanska regeringen kommer att fortsätta sina ansträngningar för att upprätthålla dialogen under de kommande dagarna.
