L’athlète américain Carl Lewis est le héros de ces Jeux olympiques de Los Angeles en remportant quatre médailles d’or : le 100m, le 200m, le saut en longueur et le relais 4x100m. Il égale à cette occasion l’exploit de Jesse Owens en 1936 à Berlin. Bénéficiant du soutien total du public américain du Los Angeles Memorial Coliseum, Carl Lewis, âgé de 23 ans, remporte tout d’abord l’épreuve reine du 100 m en 9"99, dominant son compatriote Sam Graddy. Puis, son saut en longueur mesuré à 8m54 lui permet de glaner sa deuxième médaille d’or, avant celle du 200 m où il devance un autre américain, Kirk Baptiste. Enfin, avec ses coéquipiers du relais 4x100 m, il établit un nouveau record du monde en 37"83 et remporte son quatrième titre olympique. Durant sa carrière, le « Roi Carl » aura remporté dix médailles olympiques dont neuf en or.
L'américain Edwin Moses, remporte le 400 m haies huit ans après avoir obtenu le titre à Montréal en 1976. Sa compatriote Valerie Brisco-Hooks réalise un triplé sur 200m, 400m et 4x400m. Plus jeune championne olympique en 1972 à l'âge de 16 ans, l'allemande Ulrike Meyfarth récidive douze ans plus tard en remportant la hauteur. La marocaine Nawal El Moutawakel sur le 400 m haies féminin offre à l'Afrique sa première médaille d'or féminine. Son compatriote Said Aouita est sacré sur l'épreuve du 5 000 m. Le britannique Sebastian Coe est le premier athlète à réussir le doublé sur 1 500m lors de Jeux olympiques.
La jeune américaine Mary Lou Retton devient la première gymnaste non-européenne à remporter le concours général. Elle gagnera quatre médailles supplémentaires lors de ces jeux. La roumaine Ecaterina Szabo est l'athlète la plus médaillée lors de ces jeux. Elle remporte quatre médailles d'or et une d'argent. Chez les hommes, le chinois Li Ning repart de Los Angeles avec six médailles, dont trois d'or.
Quatre hommes dominèrent ces jeux : le canadien Alex Baumann décroche deux médailles d'or, l'allemand Michael Gross quatre médailles, dont deux d'or. Les Américains Rowdy Gaines et Rick Carey remportent quand à eux trois médailles d'or chacun. Dans la discipline du plongeon, l'américain Greg Louganis remporte les deux épreuves (tremplin et haut vol).
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