L'indice Dow Jones a perdu 65,21 points, soit 0,39%, à 16.674,74 et le Standard & Poor's-500, plus large, a cédé 5,11 points (-0,26%) à 1.990,20. Le Nasdaq Composite a lui terminé sur un gain limité à 4,71 points (+0,1%) à 4.893,95, non loin de son plus bas du jour.

A l'issue de deux jours de débats, la Réserve fédérale a décidé de laisser inchangé l'objectif de son taux des "fed funds", quasi-nul depuis fin 2008, en soulignant l'augmentation récente des risques globaux.

Sa présidente, Janet Yellen, a toutefois laissé la porte ouverte à une possible hausse de taux le mois prochain, qui serait la première depuis près de dix ans.

Le S&P a gagné jusqu'à plus de 1% après ces annonces, repassant la barre des 2.000 points, avant de retomber.

"Il y a évidemment eu un peu de soulagement du fait qu'il ne se passe rien aujourd'hui mais on s'interroge sur ce qui se passera par la suite. Certains indices, certaines indications suggèrent qu'une hausse des taux de la Fed pourrait ne même pas avoir lieu cette année", a commenté George Rusnak, co-responsable des activités de taux fixes de Wells Fargo Investment Institute.

L'incertitude sur l'évolution de la politique monétaire américaine influence la tendance à Wall Street depuis plusieurs mois déjà mais la situation s'est compliquée depuis la mi-août avec la multiplication des signes de ralentissement de l'économie et la chute des marchés financiers en Chine.

"Il y a tout simplement trop d'incertitudes pour l'instant et le risque d'un relèvement des taux n'est pas le même quand les taux sont à zéro que quand ils sont à 4%", explique Steve Gutch, gérant de Federated Investors, qui s'attend à voir persister la volatilité.

LES FINANCIÈRES EN BAISSE, CABLEVISION BONDIT

L'indice de volatilité du CBOE, surnommé "l'indice de la peur", a gagné 0,5% jeudi à 21,88, restant au-dessus de sa moyenne de long terme de 20.

La prudence de mise en début de séance avant la décision de la Fed a été encouragée par les indicateurs économiques du jour, qui continuent de souffler le chaud et le froid: les inscriptions au chômage sont tombées la semaine dernière à leur plus bas niveau depuis huit semaines à 264.000, confirmant la bonne santé du marché du travail, mais l'indice d'activité "Philly Fed" a plongé contre toute attente en territoire négatif pour la première fois depuis février 2014.

Six des dix grands indices sectoriels du S&P-500 ont terminé en baisse, celui des valeurs financières abandonnant 1,31%. JPMorgan Chase & Co a perdu 2,32%, la plus forte baisse du Dow.

Verizon a cédé 2,08%. Le géant des télécoms a déclaré s'attendre à ce que ses profits stagnent l'année prochaine en raison de la concurrence sur les prix dans le secteur. L'indice sectoriel S&P a abandonné 1,08%.

Autre baisse marquante, Oracle a reculé de 4% au lendemain de ses résultats trimestriels. Le géant des logiciels d'entreprise a prévenu que son chiffre d'affaires pourrait reculer sur le trimestre en cours.

La chaîne de "drugstores" Rite Aid a quant à elle chuté de 10,8% dans d'importants volumes après la révision à la baisse ses prévisions de ventes et de profits.

A la hausse, le câblo-opérateur Cablevision a bondi de 13,9% après l'annonce de son rachat par Altice, le groupe de l'homme d'affaires franco-israélien Patrick Drahi.

Le laboratoire pharmaceutique Eli Lilly s'est quant à lui adjugé 6,55% après des résultats encourageants sur son nouveau traitement du diabète de type 2.

(Tanya Agrawal et Sinead Carew; Marc Angrand pour le service français)