Bei den Olympischen Spielen 2012 in London gewann Muffat den Titel über 400 Meter Freistil, erschwamm eine Silbermedaille über 200 Meter Freistil und wurde mit der 4×200-Meter-Freistil-Staffel Dritte. Im November des gleichen Jahres verbesserte sie bei den französischen Kurzbahnmeisterschaften den Weltrekord über 800 Meter Freistil auf 8:01,06 min. Kurz danach gewann sie bei den Kurzbahneuropameisterschaften in Chartres die Freistiltitel über 200 Meter und in neuer Weltrekordzeit von 3:54,85 min über 400 Meter. Im selben Jahr wurde sie von der Sport-Tageszeitung "L’Équipe" zu Frankreichs Sportlerin des Jahres gekürt.