La principale caractéristique des médailles, dont l’avers est modifié pour la première fois depuis Amsterdam 1928, est le caractère grec des deux faces. L’événement revêt une importance particulière puisque toutes les médailles olympiques porteront désormais la marque de l’appartenance des Jeux à la Grèce, pays de leur naissance et de leur renaissance.

Sur les médailles remises aux athlètes à partir de 1928, et jusqu’à Sydney 2000, la déesse Niké apparaissait en position assise, des épis dans une main et une couronne dans l’autre. Ici, elle arrive dans le stade Panathinaïko, où les Jeux ont connu leur renouveau en 1896, en volant, pour apporter la victoire au meilleur athlète.

Sur l’avers est inscrite la discipline de l’athlète. Le revers de la médaille est composé de trois éléments : la flamme olympique qui restera allumée à Olympie, les premiers vers de la huitième Ode olympique de Pindare composée en 460 av. J.-C. en l’honneur de la victoire d’Alcimède d’Égine.

La médaille olympique est l’oeuvre de l’artiste Elena Votsi. Au total, 1 130 médailles d’or seront frappées, 1 130 médailles d’argent et 1 150 médailles de bronze.