En av de gripna är en 16-årig pojke, enligt polisen.
Tysk polis avvärjde en möjlig "islamistisk attack" mot synagogan, meddelar Nordrhein-Westfalens delstatsminister Herbert Reul.
– Vi tog emot ett väldigt allvarligt och konkret tips om att en attack mot synagogan kunde komma under Jom Kippur, säger han vid en presskonferens.
Sent på onsdagen ökade polisen sin insats vid synagogan i samband med den judiska högtiden Jom Kippur. Många människor av judisk börd befann sig i byggnaden.
Polisen ska ha sökt igenom flera byggnader i samband med utredningen.