Surrey polisen sa att två tonårsflickor väntade på en busshållplats halvvägs längs Rydens Road, i Walton-on-Thames, när en man närmade sig dem och rörde vid en av flickorna på botten.
Han gick sedan in i några närliggande buskar och avslöjade sig själv.
Han beskrivs som vit, i mitten av 20-talet och omkring 6ft lång. Han hade kort ingefära eller blont hår och vinkade tänder.
Händelsen hände 19:30 BST på torsdag.
Det Con Ben Kirby sade: "Framför denna händelse hade flickorna rest på 461 bussen till Waltons centrum. Men det hade brutit ner så de väntade på en annan buss för att fortsätta sin resa.
"Vi skulle vilja tala med alla som var på denna buss eftersom de kan ha information som hjälper oss att identifiera denna individ."
En man riktade in sig på två tonåringar som väntade på en busshållplats genom att sexuellt röra vid en och utsätta sig i några närliggande buskar.