女子单打-决赛
金牌：陈梦【中国】
银牌：孙颖莎【中国】
铜牌：早田希娜【日本】
陈梦在决赛发挥出色，击败孙颖莎实现卫冕，连续两届奥运会战胜相同的对手。陈梦在上届奥运会夺得女单和女团2枚金牌，本届奥运会再度拿下女单金牌，由此跻身奥运3金选手行列。此外，铜牌争夺战早田希娜4-2击败申裕斌，夺得本届奥运会铜牌。
历届奥运会女单冠军
1988汉城：陈静
1992巴塞罗那：邓亚萍
1996亚特兰大：邓亚萍
2000悉尼：王楠
2004雅典：张怡宁
2008北京：张怡宁
2012伦敦：李晓霞
2016里约：丁宁
2020东京：陈梦
2024巴黎：陈梦
1988年汉城奥运会乒乓球项目首次进入奥运赛场，其中男、女单打两项从未变更；而男、女双打到2004年雅典奥运会截止，2008年北京奥运会起由男、女团体取代。混双项目于2021年东京奥运会立项，本届奥运会的混双金牌得主是中国组合王楚钦/孙颖莎。
中国乒乓球在奥运会女单项目呈现绝对统治地位，连续10届奥运会夺得女单金牌。由于孙颖莎未能在奥运女单加冕，目前还是7位奥运会女单金牌得主。此前已有邓亚萍、张怡宁夺得2次奥运金牌，如今陈梦成为第三位卫冕奥运会女单金牌的选手。
孙颖莎 2-4 陈梦【11-4、7-11、4-11、11-9、9-11、6-11】
双方在上届奥运会就会师决赛，本届奥运会再度相遇争夺金牌。孙颖莎快速成长，本届奥运会以头号种子身份参赛，一路走来极其强势，以五场4-0的比分打进决赛。陈梦的状态也非常不错，一路走来也非常稳，五场比赛仅丢过两局，并未遇到多大阻碍。
比赛回顾
孙颖莎开场快速取得4-0，陈梦调整节奏连追2分；接着孙颖莎重新掌控局势，顶住相持果断出手，改写比分到8-3领先。此后，陈梦追回1分，孙颖莎变线死角再度得分；接着孙颖莎侧身抢攻得分以10-4拿到局点，并以11-4赢得首局。
第三局陈梦3-1领先，孙颖莎稳住节奏快速追到3平；接着孙颖莎调打失误，又在相持中落于下风，陈梦连续得分到6-3领先；接着孙颖莎连续失误到3-8，陈梦又连续变线调动到9-4；接着陈梦再度变线以10-4拿到局点，并以11-4拿下第三局。
第五局陈梦取得3-1领先，孙颖莎调动变化以5-3反超；接着陈梦及时得分止损，又连续得分以6-5反超。此后，双方相持到7平，孙颖莎发球抢攻冲击到9-7；接着陈梦把握发球机会追平，又稳住接发以10-9拿到局点，并以11-9获胜。
第六局孙颖莎取得3-1领先，并保持优势到4-2；接着陈梦强势反击快速追到4平，并连续强势冲击压制对手，改写比分到9-5领先。此后，孙颖莎追回1分，陈梦暂停调整；接着陈梦以10-6拿到奥运金牌点，并以11-6获胜兑现，由此卫冕成功。
