בתחרויות האישיות, משלחת הג'ודו הישראלית סיימה ללא מדליות ועם שני ג'ודוקא שסיימו במקום החמישי לאחר שהפסידו בקרב על מדליית הארד: שירה ראשוני שסיימה עם 3 ניצחונות ו-2 הפסדים וברוך שמאילוב שסיים עם 3 ניצחונות ו-2 הפסדים. שלושה ג'ודוקא סיימו במקום השביעי לאחר שהודחו ברבע הגמר: תמנע נלסון-לוי שסיימה עם ניצחון אחד ושני הפסדים, טוהר בוטבול שסיים עם שני ניצחונות ושני הפסדים ופיטר פלצ'יק שסיים עם ניצחון אחד ושני הפסדים. שבעה ג'ודוקא סיימו בשלבים המוקדמים; שגיא מוקי ולי קוכמן הודחו בסיבוב השלישי, גילי כהן, ענבר לניר, רז הרשקו ואורי ששון הודחו בסיבוב השני וגילי שריר הודחה בסיבוב הראשון.
במהלך התחרויות בקטגוריית המשקל עד 73 ק"ג, החרים הג'ודוקא האלג'יראי, פתחי נורין, את השתתפותו בסיבוב הראשון כדי להימנע ממפגש אפשרי עם הנציג הישראלי, טוהר בוטבול, בסיבוב השני. בתום המשחקים האולימפיים נורין הושעה לעשר שנים מתחרויות על ידי איגוד הג'ודו העולמי, והחליט לפרוש בעקבותיה.
גלישת גלים.
ענת ליליאור הבטיחה השתתפותה במשחקים האולימפיים בתחרות הנשים בגלישה בגלשנים קלאסיים, לאחר שסיימה כאירופית הבכירה באליפות העולם לשנת 2019 שהתקיימה במיאזקי, יפן, בספטמבר 2019. המכסות בענף ניתנות לספורטאים בשמם. זו הופעה ראשונה של ענף גלישת הגלים במשחקים האולימפיים.
הרמת משקולות.
דוד ליטבינוב קיבל כרטיס למשחקים חמישה ימים לפני טקס הפתיחה מאחר שמרים המשקולות, פרננדו רייס, מברזיל נפסל מהשתתפות לאחר שנכשל בבדיקת חומרים אסורים.
התעמלות.
התעמלות אמנותית.
לינוי אשרם וניקול זליקמן הבטיחו שני מקומות למשלחת הישראלית לאחר שסיימו במקום השלישי והאחד עשר, בהתאמה, בתחרות הקרב רב באליפות העולם בהתעמלות אמנותית לשנת 2019 שנערכה בבאקו, אזרבייג'ן. המכסות בענף בהעפלה דרך אליפות העולם ניתנות למדינה ולא לספורטאים בשמם. זוהי הפעם השנייה שישראל שלחה שתי מתעמלות אמנותיות לתחרות האישית באותה אולימפיאדה לאחר שאירה ריסנזון ונטע ריבקין ייצגו את ישראל באולימפיאדת בייג'ינג (2008).
נבחרת ישראל זכתה במכסה למשחקים בתחרות הקרב רב לנבחרות לאחר שסיימה במקום השישי עם ציון של 54.950 נקודות באליפות העולם בהתעמלות אמנותית לשנת 2019.
התעמלות מכשירים.
ארטיום דולגופיאט זכה בכרטיס למשחקים לאחר שהיה המתעמל היחיד שהעפיל לגמר תרגיל קרקע, עם תוצאה של 15.033 נקודות, באליפות העולם בהתעמלות מכשירים לשנת 2019 ממדינה שנבחרתה לא העפילה למשחקים ולא זכה בכרטיס למשחקים באמצעות הדירוג בתחרות הקרב רב. אלכס שטילוב זכה בכרטיס למשחקים לאחר שסיים את תחרות הקרב רב באליפות העולם בהתעמלות מכשירים לשנת 2019 במקום ה-30 עם 81.507 נקודות, וסיים בין 12 המתעמלים שנבחרת מדינתם לא העפילה למשחקים.
במשחקים, דולגופיאט העפיל לגמר תרגיל הקרקע מהמקום הראשון עם תוצאה של 15.200 נקודות. בגמר, סיים דולגופיאט עם תוצאה של 14.933 נקודות בדומה למתעמל הספרדי ריידרליי זפאטה. מכיוון שגם ניקוד רמת הביצוע של שניהם היה זהה, דולגופיאט ניצח בזכות ניקוד רמת הקושי הגבוהה יותר שלו וסיים במקום הראשון עם מדליית הזהב. אלכס שטילוב סיים את מוקדמות תרגיל הקרקע עם תוצאה של 13.500 ולא העפיל לשלב הגמר.
ליהיא רז סיימה את תחרות הקרב רב באליפות העולם בהתעמלות מכשירים לשנת 2019 במקום ה-83 עם 48.599 נקודות. אף על פי שלא סיימה בין עשרים המתעמלות ממדינות שנבחרתן לא העפילה לאולימפיאדה. רז זכתה בכרטיס למשחקים בזכות החלוקה מחדש של כרטיסים שהיו מיועדים לשלוש המתעמלות בעלות התוצאה הטובה בכל אחד מגמרי המכשירים. מאחר שכל המתעמלות שהעפילו לגמרי המכשירים היו ממדינה שנבחרתן העפילה לאולימפיאדה. הכרטיסים חולקו מחדש בהתאם לתוצאות המוקדמות בתחרות הקרב רב, בהסתייגות של כרטיס אחד למדינה. בדצמבר 2020 השיגה רז את הקריטריון הישראלי בעת שהעפילה לגמר מכשיר הקרקע באליפות אירופה לשנת 2020.
טאקוונדו.
אבישג סמברג השיגה את הכרטיס למשחקים כאשר סיימה בין שתי הראשונות בטורניר העפלה האירופאי שנערך בסופיה, בולגריה.
סמברג בת ה-19 זכתה במדליית הארד העשירית במניין המדליות האולימפיות של ישראל, והיא המדליסטית האולימפית הצעירה ביותר של ישראל.
טריאתלון.
שחר שגיב ורן שגיב הבטיחו שני כרטיסים למשלחת הישראלית עם פרסום הדירוג האולימפי לאחר ניכוי טריאתלטים ממדינות שהגיעו למכסת המשתתפים. שחר דורג במקום ה-38 עם 3215.69 נקודות ורן דורג במקום ה-58 עם 2385.79 נקודות. המכסות בענף הטריאתלון ניתנות למדינה. השניים הם בניו של המרתוניסט שם טוב סבג שייצג את ישראל באולימפיאדת לוס אנג'לס (1984).
ירי תחרותי.
סרגיי ריכטר הבטיח למשלחת הישראלית מקום במשחקים האולימפיים ברובה אוויר ל-10 מטר לאחר שזכה במדליית זהב במשחקי אירופה במינסק 2019 עם תוצאה של 250.8 נקודות בגמר. המכסות בענף הירי תחרותי ניתנות למדינה.
זוהי האולימפיאדה השלישית של ריכטר אחרי לונדון וריו, אך כמו בשתי קודמותיה גם הפעם לא הצליח להעפיל לגמר.
ספורט מים.
שחייה.
אנסטסיה גורבנקו הבטיחה את זכאותה להשתתפות במשחקים האולימפיים במשחה ל-200 מטר מעורב אישי לאחר שקבעה תוצאה של 2:12.54 דקות בתחרות שנערכה במרסיי, צרפת. מירון חרותי הבטיח את זכאותו להשתתפות במשחקים האולימפיים במשחה ל-50 מטר חופשי אישי לאחר שקבע תוצאה של 22.01 שניות באליפות העולם בשחייה 2019. בדיוק התוצאה הנדרשת לקריטריון האולימפי. בתחרות שנערכה באמסטרדם בדצמבר 2019 קבע תומר פרנקל במשחה ל-100 מטר פרפר שיא ישראלי חדש של 51.92 שניות ורון פולונסקי קבע במשחה ל-200 מטר מעורב אישי שיא נוער חדש של 1:59.45 דקות ובכך קבעו שניהם את הקריטריון האולימפי. מיכאל לייטרובסקי קבע באליפות ישראל 2021 במשחה ל-100 מטר גב תוצאה של 53.84, ובעקבות זו השיג את הקריטריון להשתתפות במשחקים האולימפיים. באליפות ישראל השיגה גם אנדראה מורז את הקריטריון האולימפי כאשר הוכתרה כאלופת ישראל במשחה ל-100 מטר חופשי עם תוצאה של 54.23 שניות. גל כהן גרומי קבע בתחרות שבע הגבעות שנערכה ברומא ב-25 ביוני במשחה ל-100 מטר פרפר שיא אישי חדש של 51.93 שניות ובכך קבע את הקריטריון האולימפי במשחה זה. יומיים לאחר מכן, הוא קבע במשחה ל-200 מטר מעורב אישי שיא אישי חדש של 1:59.56 דקות, המהווה קריטריון אולימפי. דניס לוקטב קבע שיא ישראלי חדש של 1:46.97 דקות במשחה ל-200 מטר חופשי ואת הקריטריון האולימפי.
נבחרות השליחים של ישראל 4x100 מטר מעורב משולב (אנסטסיה גורבנקו, איתי גולדפדן, תומר פרנקל, ואנדראה מורז) ו-4x200 מטר חופשי (דניס לוקטב, דניאל נמיר, תומר פרנקל, וגל כהן גרומי) סיימו פעמיים במקום ה-10 באליפות העולם בקוואנגג'ו, קוריאה הדרומית ובכך העניקו לישראל השתתפות בשני משחי שליחים אלו במשחקים האולימפיים. נבחרת השליחות של ישראל 4x200 מטר חופשי (אנסטסיה גורבנקו, לאה פולונסקי, אנדי מורז, דריה גולובטי) קבעה תוצאה של 8:00.51 דקות במקצה המוקדמות באליפות אירופה בשחייה 2021. ב-31 במאי 2021, מועד סיום תקופת ההעפלה למשחי השליחים, עמדה נבחרת השליחות בקריטריון של ארבע נבחרות השליחות המהירות ביותר שטרם העפילו למשחקים. המכסות במשחי השליחים ניתנות למדינה וההשתתפות מותנית בכך שלפחות שני שחיינים מכל רביעייה העפילו למקצים האישיים, גם אם לא השיגו את הקריטריון האולימפי באותו סגנון ומרחק של שחיית השליחים וכי יתר השחיינים ברביעייה קבעו את זמן הבחירה האולימפי לסגנון והמרחק הרלוונטי.
השתתפות נבחרת השליחים המשולבת הובטחה לאחר שתומר פרנקל ואנסטסיה גורבנקו קבעו את הקריטריון האולימפי למקצה האישי. השתתפות נבחרת השליחים הובטחה לאחר שגל כהן גרומי קבע את הקריטריון האולימפי. איתי גולדפדן צורף לנבחרת השליחים המשולבת כשחיין החזה ודניאל נמיר צורף לנבחרת השליחים. אולם היות שמלבד גורבנקו ומורז העפילו למקצים אישיים עם קריטריון אולימפי אף שחיינית ישראלית לא עמדה בזמן הבחירה האולימפי ב-200 מטר חופשי, השתתפות נבחרת השליחות בוטלה.
יעקב טומרקין קבע באליפות ישראל במשחה ל-100 מטר גב 53.80 שניות, תוצאה הטובה ב-5 מאיות מהקריטריון האולימפי. עם זאת, תוצאה זו איננה הספיקה לקריטריון הישראלי, לפי מה שהגדיר איגוד השחייה בישראל. כמו כן, באליפות סטוקהולם קבע זמן של 1:59.46 דקות, ובכך השיג את הקריטריון האולימפי ב-200 מטר מעורב אישי. אף על פי שטומרקין לא עמד בקריטריון הישראלי, המחמיר יותר מהקריטריון האולימפי, הוחלט באיגוד השחייה שיצטרף בכל זאת למשלחת ויתחרה בטוקיו.
אביב ברזלי זומנה על בסיס מקום פנוי על ידי פדרציית השחייה הבינלאומית להשתתף במשחה 200 מטר גב על בסיס התוצאה שקבעה בתחרות שבע הגבעות שנערכה ברומא של 2:10.76 דקות. פדרציית השחייה הבינלאומית שיבצה מספר שחיינים ישראלים שכבר העפילו למשחקים למשחים נוספים בהתאם לתוצאותיהם בתקופת העפלה. גורבנקו צורפה למשחים 100 מטר פרפר, 200 מטר חזה ו-400 מטר מעורב אישי. מרוז צורפה למשחים 50 ו-200 מטר חופשי. פולונסקי צורף למשחים 400 מטר מעורב אישי ו-200 מטר חזה. חירותי צורף למשחה 100 מטר חופשי. לוקטב צורף למשחה 400 מטר חופשי. טומרקין צורף למשחה 200 מטר גב. גורבנקו ויתרה על השתתפות במשחים 100 מטר חופשי ו-400 מטר מעורב אישי ולוקטב ויתר על התחרות במשחה ל-400 מטר חופשי.
שחייה אמנותית.
עדן בלכר ושלי בובריצקי סיימו במקום השישי בתחרות ההעפלה שהתקיימה בברצלונה עם ציון סופי של 171.229 נקודות, שהורכב מהציון 85.0958 נקודות על התרגיל הטכני ו-86.1332 נקודות על התרגיל החופשי, ובכך הבטיחו את השתתפותן במשחקים.
שחייה במים פתוחים.