L'incident s'est produit près du récif de Scarborough, revendiqué par les Philippines et la Chine, selon le porte-parole du Pentagone Jeff Davis.
L'appareil chinois, un avion de surveillance radar KJ-200, s'est approché à environ 300 mètres d'un avion de patrouille maritime P3-C Orion américain, une manoeuvre jugée "dangereuse" par les militaires américains.
"L'avion chinois est passé devant le nez" de l'avion américain, "amenant celui-ci à faire un virage immédiat", a expliqué M. Davis.
Les interactions entre les navires ou avions américains et chinois dans la zone sont en général "professionnelles" et "prudentes" a-t-il dit.
Le comportement de l'avion chinois ne semble pas avoir été "intentionnel" et ne semble pas être le signe d'un raidissement des militaires chinois dans la région, a expliqué le porte-parole.
L'appareil américain conduisait "une mission de routine conforme aux règles internationales", dans "l'espace aérien international", selon le commandement américain des forces américaines dans le Pacifique (Pacom).
Les Etats-Unis évoqueront le problème avec Pékin "à travers les canaux diplomatiques et militaires appropriés", selon la même source.
La Chine revendique la majeure partie de la mer de Chine méridionale, mais des nations riveraines (Philippines, Vietnam, Brunei, Malaisie) ont des prétentions concurrentes et contrôlent chacune plusieurs îlots de cette vaste zone.
Pour appuyer ses revendications, la Chine a mené d'impressionnants travaux de remblaiement pour transformer des récifs et des îlots en îles artificielles accueillant pistes d'atterrissage, ports et infrastructures militaires.
D'autres pays ont procédé à des aménagements semblables, moins importants toutefois.
Les Etats-Unis ne prennent pas partie sur le fond dans ces conflits de souveraineté mais estiment qu'ils doivent être résolus par la diplomatie, et non par une politique du fait accompli militaire.
Ils envoient notamment des avions ou des navires militaires circuler dans les zones contestées, pour montrer qu'il s'agit d'espaces internationaux qui ne peuvent être accaparés par une nation en particulier.
L'administration de Donald Trump a adopté jusqu'à maintenant des positions strictes contre les revendications chinoises en mer de Chine méridionale.
La Maison Blanche a rappelé que les Etats-Unis "défendraient les intérêts internationaux".
Le nouveau secrétaire d'Etat américain Rex Tillerson a, lui, agité il y a quelques semaines la menace d'un blocus pour empêcher l'accès de la Chine aux îles contestées.