Muffat deltok i fire øvelser i Sommer-OL 2012, 200 og 400 meter fri samt 4 × 100 m medley og 4 × 200 meter fri. 29. juli 2012 vant hun olympisk gull på 400 meter fri med tiden 4.01,45. 31. juli 2012 vant hun sølv på 200 meter fri.