He is also expected to briefly meet Prime Minister Jose Luis Rodriguez Zapatero, an official in the Spanish presidency said.
"Spain hopes to facilitate the dialogue" between Iran and European Union foreign policy chief Javier Solana over the international community's standoff with Iran concerning its disputed nuclear programme, the official said.
The United States and others accuse Iran of pursuing a nuclear weapons with sensitive uranium enrichment work Tehran says is for peaceful energy purposes only.
Spanish news agency Europa Press reported that Moratinos is expected to press Larijani to respond positively to an offer of economic incentives from world powers in exchange for Tehran's suspension of uranium enrichment.
Iran refused to suspend enrichment before a August 31 deadline, citing its right to develop nuclear energy, and is now facing possible UN sanctions.
Larijani was expected to meet Solana on Wednesday to discuss the impasse but the meeting was delayed at the last minute and a new date has not been set.
His visit to Madrid coincides with one from UN Secretary General Kofi Annan, who is also due to meet Zapatero and Moratinos on Thursday for talks including Iran and the UN peacekeeping mission in Lebanon.
The presidency official said the Iranian negotiator was not expected to meet Annan during his time in the Spanish capital.
Iranian President Mahmoud Ahmadinejad remained defiant in talks in Tehran with Annan at the weekend.
Ahmadinejad told Annan he was prepared to negotiate on Iran's nuclear program but would not accept a suspension of enrichment before talks.
The European Union said at a foreign ministers meeting in Finland Saturday that it would give Iran extra time to show it was serious about negotiating but warned the Western bloc expected a clear response.
A meeting between Solana and Larijani would be a key step in getting talks started.
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BON POUR TOUS/ Le négociateur iranien Ali Larijani s'entretiendra jeudi avec M. Moratinos
MADRID, 6 sept 2006 (AFP) - Le chef des négociateurs nucléaires iraniens, Ali Larijani, s'entretiendra jeudi à Madrid avec le ministre espagnol des Affaires étrangères, Miguel Angel Moratinos, a indiqué une source de la présidence du gouvernement espagnol.
"L'Espagne souhaite faciliter le dialogue" entre le négociateur iranien et le chef de la diplomatie européenne, l'Espagnol Javier Solana, a indiqué dans la soirée cette source à l'AFP, pour expliquer cette visite.
Le négociateur iranien sera également brièvement reçu au siège de l'exécutif espagnol par le chef du gouvernement, José Luis Rodriguez Zapatero.
Sa visite dans la capitale espagnole coïncidera avec celle du secrétaire général des Nations unies, Kofi Annan, de retour d'une tournée au Moyen-Orient. Mais "il n'est pas prévu" que les deux hommes se rencontrent, a assuré à l'AFP une source de l'Onu jointe au téléphone depuis Madrid.
Selon l'agence espagnole Europa Press, MM. Zapatero et Moratinos devraient presser le négociateur iranien de répondre à l'offre de coopération renforcée et de réouverture de négociations des "Six" grandes puissances en échange de la suspension par l'Iran de son programme d'enrichissement d'uranium.
Après son refus de suspendre ces activités au 31 août comme l'avait exigé le Conseil de sécurité de l'Onu, l'Iran est théoriquement passible de sanctions.
M. Larijani devait rencontrer mercredi à Vienne le chef de la diplomatie européenne Javier Solana, mais cette rencontre a été "reportée" au dernier moment, avait indiqué plus tôt l'ambassadeur iranien auprès de l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA), Ali-Asghar Soltanieh.
"Nous n'aurons pas de réunion à Vienne aujourd'hui, mais dans quelques jours", avait déclaré M. Soltanieh, en invoquant des raisons pratiques pour ce report.
Le ministère allemand des Affaires étrangères a confirmé mercredi la tenue d'une réunion de hauts fonctionnaires des "Six" (Allemagne, France, Grande-Bretagne, Russie, Etats-Unis et Chine) jeudi à Berlin sur le nucléaire iranien.