Polisen larmas strax före klockan 20 på tisdagen till en adress i västra Södertälje.
Där hittades en pojke och en flicka livlösa.
En man i 35-årsåldern och en kvinna i 40-årsåldern greps senare misstänkta för brottet. Det rör sig enligt polisen om familjemedlemmar till de döda barnen.
En av de vuxna var skadad och behövde sjukhusvård. I övrigt är skadeläget oklart, enligt polisen, som är förtegen om händelsen.
En teknisk undersökning och andra utredningsåtgärder pågår på platsen.
