Kvinnan attackerades i Seagate-området, nära Dundee busstation, omkring 22:30 på söndag.
Officerare har utfärdat en beskrivning av den man de vill tala med i samband med händelsen.
Han var i 20-årsåldern, ungefär 5ft 10in lång, av smal byggnad, med kort, mörkt, brunt hår, en solbränd hy. Han kan ha varit östeuropeisk.
Han hade en grå huva, blå jeans och svarta tränare.
Polisen i Dundee har inlett en utredning efter att en kvinna utsatts för sexuella övergrepp i stadens centrum.