En el Campeonato Mundial de Natación en Piscina Corta de 2014, en Doha, Cielo conquistó 3 medallas de oro (100 m libre, 4x50 medley, 4 x 100 medley) y 2 de bronce (50 libre, 4x50 libre mezclado)., en la mejor participación brasileña de todos los tiempos, cuando el país ganado la competición por primera vez. En los 4 × 50 m medley, formado por Cielo, Felipe França Silva, Nicholas Santos y Guilherme Guido, considerado el "Dream Team" por el mismo Cielo (formado solo por medallistas o campeones del mundo en sus respectivas pruebas individuales), Brasil ganó el oro destruyendo el récord mundial con un tiempo de 1m30s51. En los 50 m libre, Cielo fue a la final en el primer lugar con un tiempo de 20s80, pero en la final, tuvo problemas con su inicio y vuelta, terminando con un tiempo de 20s88 y conseguir el bronce. Su rival, el francés Florent Manaudou, ganó el oro batiendo el récord mundial. Cielo también ayudó a la 4 × 50 m libre mezclado de Brasil (formado por Cielo, João de Lucca, Etiene Medeiros y Larissa Oliveira) para ganar la medalla de bronce, superando el récord sudamericano con un tiempo de 1m29s17, a solo 4 centésimas de Rusia, que ganó la medalla de plata. En esta carrera, Cielo abrió con un tiempo de 20s65, demostrando que podría haber hecho un mejor tiempo en la final de los 50 m libre. En el último día de la competición, Cielo ganó la revancha contra Manaudou, en los 100 m libre, donde Manaudou también era favorito, pero fue derrotado por el Cielo, que ganó el oro con un tiempo de 45s75. Cielo también cerró la competencia brillantemente, lo que lleva el cuarteto brasileño a un oro sin precedentes en el tradicional 4 × 100 m medley, con un tiempo de 3m21s14, récord sudamericano. Cielo tomó el relevo en el cuarto lugar y superó a todos con un increíble parcial de 44s67.