העיצוב של המדליות, זר עלי דפנה כמו באולימפיאדה בעת הקדומה המקיף את הלוגו האולימפי של ריו, מבוסס על שילוב בין העוצמה של הגיבורים האולימפיים לכוחות הטבע. הצד השני של המדליה כולל את ניקה, אלת הניצחון, בתוך האצטדיון בו נערכו המשחקים ביוון העתיקה על רקע האקרופוליס.
המדליות עשויות מ-500 גרם זהב. מתוך חשיבה סביבתית נעשה שימוש רב בחומרים ממוחזרים בייצור המדליות. בסך הכול יחולקו בריו 2,488 מדליות, 812 מזהב, 812 מכסף ו-864 מארד.
במדליות של המשחקים הפראלימפיים נמצא מכשיר זעיר שירעיש ברגע שהמדליות זזות. על פי עוצמת הרעש ניתן יהיה לזהות האם מדובר במדליות זהב, כסף או ארד.