המשלחת הישראלית מנתה 90 ספורטאיות וספורטאים שהתחרו ב-15 ענפי ספורט. זוהי המשלחת הגדולה ביותר ששלחה ישראל עד כה למשחקים האולימפיים. המשלחת התחרתה לראשונה בחמישה ענפי ספורט: בייסבול, גלישת גלים, קשתות, רכיבה ושחייה במים פתוחים. מנגד, המשלחת לא התחרתה בענף הטניס, לאחר ששלחה נציגים לענף זה בארבע האולימפיאדות האחרונות, ולא שבה להתחרות בענף ההיאבקות, לאחר ששבה להתחרות בו באולימפיאדה הקודמת. כמו כן המשלחת לא התחרתה בענף הגולף, לאחר שהשתתפה באולימפיאדה הקודמת לראשונה בענף זה. יעקב טומרקין וחנה קנייזבה-מיננקו נשאו את דגל המדינה בטקס הפתיחה ולינוי אשרם נשאה את הדגל בטקס הנעילה.
זו הייתה האולימפיאדה המוצלחת ביותר של ישראל בתולדות המשחקים האולימפיים כאשר המשלחת הישראלית סיימה במקום ה-39 בטבלת המדליות עם ארבע מדליות; שתיים מזהב ושתיים מארד. ארטיום דולגופיאט זכה במדליית הזהב בתרגיל הקרקע, שהיא המדליה האולימפית הראשונה של ישראל בענף התעמלות המכשירים, ולינוי אשרם זכתה במדליית הזהב בקרב רב ליחידות, שהיא המדליה האולימפית הראשונה של ישראל בענף ההתעמלות האמנותית. אבישג סמברג זכתה במדליית ארד, שהיא המדליה האולימפית הראשונה של ישראל בענף הטאקוונדו, ונבחרת ישראל בג'ודו זכתה במדליית ארד בתחרות הקבוצתית המעורבת.
במהלך טקס הפתיחה ולאחר 49 שנים, נערך אזכור ראשון של 11 חללי הטבח באולימפיאדת מינכן. בתום המשחקים, התארחו ספורטאי המשלחת מטוקיו בבית הנשיא לטקס קבלת פנים חגיגי בנוכחות ראש הממשלה נפתלי בנט ונשיא המדינה יצחק הרצוג.
הרכב המשלחת הישראלית.
המשלחת הישראלית מורכבת מ-90 ספורטאים מ-15 ענפי ספורט, והיא המשלחת הישראלית הגדולה ביותר שהשתתפה במשחקים האולימפיים עד כה.
הכנות הוועד האולימפי בישראל.
יעדי המשלחת למשחקים.
הוועד האולימפי בישראל קבע ארבעה יעדים למשלחת הישראלית:
תנאי הסף הישראליים.
הוועד האולימפי בישראל בשיתוף מינהלת הספורט ההישגי קבעו תנאי סף ישראליים להעפלה למשחקים האולימפיים.
תמריצים כספיים להשגיות במשחקים.
הועד האולימפי בישראל קבע כי סכומי התמריצים המיועדים לזכייה במדליות אולימפיות באולימפיאדת טוקיו יהיו זהים לאלו שהובטחו באולימפיאדת ריו דה ז'ניירו בשנת 2016. כמו כן, זוג ספורטאים שיזכו במדליה יקבל 75% מגובה התמריץ כל אחד. קבוצה המונה 3–4 ספורטאים תקבל 50% מגובה התמריץ לכל אחד. קבוצות ספורט אישי של 5 ספורטאים ומעלה תקבל 40% מגובה התמריץ לכל אחד. לנבחרת הבייסבול של ישראל מיועד מענק שיחולק באופן שווה לכל אחד מחברי הנבחרת ואנשי צוות. מנגד, הוועד האולימפי החליט להגדיל את גובה התמריצים עבור העפלה לגמר אולימפי.
width="20px"|
ענפים.
אופניים.
עומר שפירא דורגה במקום ה-60 בדירוג האישי העולמי לרוכבות כביש של האיגוד הבינלאומי לאופניים עם 316.17 נקודות וזכתה במכסה עבור המשלחת הישראלית בתחרות. שפירא שגם סיימה במקום ה-13 בזמן של 46:41.03 דקות באליפות העולם במרוץ אופני כביש לשנת 2019 במרוץ נגד השעון, זכתה בכרטיס עבור המשלחת לתחרות המרוץ נגד השעון לאחר חישוב של ספורטאית אחת למדינה שבה מוקמה שפירא במקום השמיני.
ישראל העפילה למקצה אופני ההרים בזכותו של שלומי חיימי אשר סיים במקום השלושים באליפות העולם באופני הרים לשנת 2019. ישראל היא המדינה השנייה בדירוג מהאליפות שטרם העפילה דרך הדירוג האולימפי לאופנים הרים ובהתאם לכך קיבלה את הכרטיס למשחקים. ישראל דורגה במקום ה-23 עם 2397 נקודות בדירוג האולימפי, כאשר 21 המדינות הראשונות מעפילות למשחקים אולימפיים.
איגוד האופניים בישראל קבע כי שפירא וחיימי יהיו נציגי הענף במשלחת הישראלית למשחקים האולימפיים.
אתלטיקה.
שישה רצים קבעו את הקריטריון האולימפי שנקבע על ידי התאחדות האתלטיקה הבינלאומית. סלאמוויט באיולין-טפרי, קבעה את הקריטריון בריצת 5,000 מטר במסגרת תחרות סבב בקורטרייק שבבלגיה. באיולין-טפרי קבעה זמן של 15:08.39 דקות, ובכך גם שברה את השיא הישראלי. ביוני 2021, קבעה באיולין-טפרי את הקריטריון גם בריצת 10,000 מטר במסגרת גביע אירופה בבירמינגהאם. באיולין-טפרי סיימה במקום השני עם תוצאה של 31:19.21 דקות. בן זוגה של סלאמוויט, מארו טפרי, קבע תוצאה של 2:10:10 שעות וסיים במקום ה-8 הכללי במרתון סביליה, ספרד. במרתון פראג, גירמה אמרה קבע זמן של 2:09:54 שעות ולונה צ'מטאי-סלפטר קבעה זמן של 2:19:46 שעות. צ'מטאי סלפטר, בנוסף לכך גם קבעה את הקריטריון בריצת 10,000 מטר, כאשר סיימה את הריצה בזמן של 31:15.78 דקות בתחרות גביע אירופה וקבעה שיא ישראלי חדש. איימרו עלמיה קבע תוצאה של 2:11:02 שעות במרתון ולנסיה שנערך בדצמבר 2019. באפריל 2021 קבעה מאור טיורי תוצאה של 2:29:03 שעות וסיימה במקום השני מבין הנשים במרתון אנגליה. גודאדו בלאצ'או (2:07:54 שעות), ימר גטהון (2:09:27 שעות) ומלקאם ג'מבר (2:09:51 שעות) קבעו אף הם את הקריטריון האולימפי בריצת מרתון, אך לא ישתתפו במשחקים עקב המגבלה המתירה השתתפות של עד שלושה רצים למדינה.
ביוני 2021 קבעה חנה קנייזבה-מיננקו את הקריטריון האולימפי בקפיצה משולשת בתחרות הסבב היבשתי שנערכה במדריד, שקפצה למרחק של 14.36 מטר.
דיאנה ויסמן ואדוה כהן קיבלו את הכרטיס למשחקים במקצועות ריצת 100 מטר וריצת 3000 מטר מכשולים, בהתאמה, בזכות מיקומן בדירוג העולמי עם סיום תקופת ההעפלה.
בדמינטון.
מישה זילברמן וקסניה פוליקרפובה העפילו למשחקים בהתאם לדירוג האולימפי לאחר ניכוי הספורטאים ממדינות שהגיעו למכסת המשתתפים. זילברמן דורג במקום ה-45 עם 30,354 נקודות. פוליקרפובה דורגה במקום ה-52 עם 25,197 נקודות.
בייסבול.
נבחרת ישראל בבייסבול, תחת המנג'ר אריק הולץ העפילה לראשונה לטורניר האולימפי, באולימפיאדה הראשונה מאז חזר להיות ענף אולימפי, זאת לאחר שסיימה בראש הטורניר האירופאי-אפריקאי הקדם-אולימפי. הנבחרת ניצחה בטורניר הקדם־אולימפי את נבחרות הולנד, איטליה וספרד, שסיימו בשלושת המקומות הראשונים באליפות אירופה, בה ישראל סיימה במקום הרביעי. השתתפותה של נבחרת הבייסבול במשחקים האולימפיים סיימה בצורת של 45 שנות היעדרות ייצוג ישראלי מענפי כדור קבוצתיים, מאז נבחרת הכדורגל באולימפיאדת מונטריאול.
ב-1 באוגוסט, השיגה נבחרת הבייסבול ניצחון ראשון, 5-12 על מקסיקו. בשמינית הגמר, ישראל הפסידה 6–7 לנבחרת הרפובליקה הדומיניקנית וסיימה את המשחקים במקום החמישי.
מתוך 24 שחקני נבחרת הבייסבול, 20 מהם יהודים אמריקאים וארבעה הם ילידי ישראל.
ג'ודו.
השגת הקריטריונים.
תריסר ג'ודוקא ייצגו את ישראל באולימפיאדה, שישה מכל מין. 11 ישירות דרך ההקצאה הבינלאומית ואחד באמצעות הקצאה יבשתית. שניים נוספים אף על פי שנכנסו לרשימה הבינלאומית לא הצטרפו למשלחת, עקב המגבלה של ג'ודוקא אחד למדינה בכל קטגוריית משקל. הייתה זו נציגות הג'ודו הישראלית הגדולה ביותר שנשלחה למשחקים האולימפיים עד כה. כמו כן, נבחרת ישראל השתתפה בתחרות הקבוצתית, הנערכה לראשונה כחלק מהמשחקים האולימפיים. ישראל היא אחת מבין 12 הנבחרות היחידות שהצליחו לעמוד בקריטריון סף הכניסה לתחרות הקבוצתית העומד על העפלה של שלושה ג'ודאים ושלוש ג'ודאיות בתחרויות האישיות בפיזור משקלי: קל, בינוני וכבד.
בנבחרת הגברים, במשקל עד 66 ק"ג נבחר ברוך שמאילוב, המדורג במקום השמיני עם 4,900 נקודות, על פני טל פליקר, שדורג במקום ה-17 עם 3,440 נקודות. במשקל עד 73 ק"ג העפיל טוהר בוטבול מהמקום השביעי עם 4,886 נקודות. במשקל עד 81 ק"ג העפיל שגיא מוקי מהמקום השני עם 7,154 נקודות. במשקל עד 90 ק"ג העפיל לי קוכמן בהקצאה יבשתית מהמקום ה-24 עם 2,837 נקודות. במשקל עד 100 ק"ג העפיל פיטר פלצ'יק מהמקום הרביעי עם 6,497 נקודות. במשקל מעל 100 ק"ג העפיל אורי ששון, זוכה מדליית הארד באולימפיאדת ריו, מהמקום ה-13 עם 4,073 נקודות.
בנבחרת הנשים, במשקל עד 48 ק"ג העפילה שירה ראשוני מהמקום ה-15 עם 3,493 נקודות. במשקל עד 52 ק"ג נבחרה גילי כהן, שדורגה במקום ה-13 עם 4,170 נקודות, על פני גפן פרימו, שדורגה במקום התשיעי עם 4,320 נקודות. במשקל עד 57 ק"ג העפילה תמנע נלסון-לוי מהמקום התשיעי עם 4,428 נקודות. במשקל עד 63 ק"ג העפילה גילי שריר מהמקום ה-26 עם 2,537 נקודות. במשקל עד 78 ק"ג העפילה ענבר לניר מהמקום ה-28 עם 2,332 נקודות. במשקל מעל 78 ק"ג העפילה רז הרשקו מהמקום ה-22 עם 2,812 נקודות.
שלושה נציגים ישראלים צפויים התחרו ישירות בסיבוב השני: פיטר פלצ'יק, אורי ששון ותמנע נלסון-לוי. כמו כן, שישה ג'ודוקא דורגו במסגרת שמונת המדורגים הבכירים למשקלם: שגיא מוקי דורג שני, פיטר פלצ'יק דורג רביעי, ברוך שמאילוב וטוהר בוטבול דורגו במקום השישי, תמנע נלסון-לוי דורגה שביעית ואורי ששון דורג שמיני.
תוצאות במשחקים האולימפיים.
בתחרות הנבחרות המעורבות, אשר נערכה בטוקיו 2020 לראשונה כחלק מהמשחקים האולימפיים, ישראל זכתה במדליית הארד. הנבחרת החלה את דרכה בשלב שמינית הגמר, שם ניצחה בתוצאה 4:3 את נבחרת איטליה. ברבע הגמר, הנבחרת הפסידה 4:3 לצרפת, ונשרה לקרבות בית הניחומים. שם ניצחה את ברזיל בתוצאה 4:2 ועלתה לסדרת קרבות על מדליית הארד. בקרב על המדליה, התמודדה הנבחרת מול נבחרת הוועד האולימפי הרוסי, וניצחה בתוצאה 4:1.