Les quatre Américains (Mike Rodgers, Justin Gatlin, Tyson Gay, Trayvon Bromell), qui avaient pris la 3e place avec un résultat de 37.62, ont été disqualifiés pour un passage de témoin hors zone (règle 170.7), rapporte l'AFP.
D'après des images télévisées, c'est le premier passage de témoin, entre Rodgers et Gatlin, qui est en cause.
"On nous a dit qu'on avait transmis le témoin trop tôt. Quand je revois les images, je n'ai pas cette impression", a déclaré Gatlin, médaillé d'argent sur 100 m derrière Usain Bolt.
"Tout ce que nous pouvons faire, c'est essayer (de contester)", a-t-il ajouté.
Bolt a remporté sa neuvième médaille d'or olympique et s'est offert un troisième triplé olympique sur 100, 200 et 4x100 m après ceux de Pékin-2008 et Londres-2012.
Il a rejoint le Finlandais Paavo Nurmi et l'Américain Carl Lewis au rang d'athlète le plus titré de l'histoire des JO.