"Bài hát Thế vận hội", được gọi chính thức là "Quốc ca Thế vận hội", được phát khi lá cờ Olympic được kéo lên. Nó được sáng tác bởi Spyridon Samaras với lời từ một bài thơ của nhà thơ và nhà văn Hy Lạp Kostis Palamas. Cả nhà thơ và nhà soạn nhạc đều là sự lựa chọn của Demetrius Vikelas, một người Hy Lạp ủng hộ châu Âu thống nhất và là Chủ tịch đầu tiên của IOC. Bài hát được biểu diễn lần đầu tiên trong lễ khai mạc Thế vận hội Olympic Athens 1896 nhưng mãi đến năm 1958 mới được IOC công bố là bài ca chính thức. Trong những năm tiếp theo, mỗi quốc gia đăng cai đã chỉ định soạn một bài ca Olympic cụ thể cho ấn bản Thế vận hội của riêng họ cho đến Thế vận hội Mùa đông năm 1960 ở Squaw Valley.

Các bài quốc ca và nhạc hiệu Olympic đáng chú ý khác bao gồm:

• "Olympische Hymne": Một sáng tác cho dàn nhạc và hợp xướng do Richard Strauss sáng tác cho Thế vận hội mùa hè Berlin 1936.
• Bản "Nhạc hiệu Olympic" cho Thế vận hội Mùa hè Helsinki 1952 ban đầu được sáng tác bởi Aarre Merikanto cho Thế vận hội Mùa hè 1940, nhưng đã bị hủy bỏ. Nhạc hiệu của Merikanto đã giành chiến thắng trong cuộc thi nhạc hiệu được tổ chức tại Phần Lan vào năm 1939, nhưng nhạc nền đã bị mất trong hơn một thập kỷ; khi được phát hiện lại vào năm 1951, nó đã được quyết định sử dụng vào năm 1952. Nó được ghi lại vào năm 1953.[30]
• "Giấc mơ của Bugler": Được viết vào năm 1958 bởi Leo Arnaud như một phần của Charge Suite của ông, nhạc chủ đề thường được người Mỹ coi là "Nhạc chủ đề Thế vận hội" do ABC và NBC sử dụng chủ đề này trên truyền hình, bắt đầu từ Thế vận hội năm 1964 tại Tokyo.
• "Nhạc diễu hành Olympic": Nhạc nền do Koseki Yūji soạn cho bài hát chủ đề Thế vận hội mùa hè Tokyo 1964.
• "Nhạc hiệu Olympic 1972": Bài hát chiến thắng cho bài hát chủ đề Thế vận hội mùa hè Munich 1972, được sử dụng làm giai điệu đặc trưng trên truyền hình của Trung tâm Olympic Đức (Deutsches Olympia-Zentrum, DOZ) và khúc dạo đầu của lễ trao huy chương, do Herbert Rehbein sáng tác.[31] Nó được trình diễn bởi Dàn nhạc của Công ty Phát thanh Bavarian (Orchester des Bayerischen Rundfunks) và các thành viên của Ban nhạc Không quân Neubiberg, do Willy Mattes chỉ huy.  
• "Nhạc hiệu và Nhạc chủ đề Olympic": Được sáng tác bởi John Williams cho Thế vận hội mùa hè Los Angeles 1984, chủ đề đã được biểu diễn trong lễ khai mạc bởi Đội kèn Trumpet của Ban nhạc Quân đội Hoa Kỳ do Đại úy David Deitrick khi đó thực hiện.[32] Bản thu âm đầu tiên, được thực hiện bởi một dàn nhạc gồm các nhạc sĩ khu vực Los Angeles, đã được phát hành toàn bộ trong album LP và cassette Âm nhạc chính thức của Olympiad lần thứ 13 tại Los Angeles 1984, với một bản phát hành CD duy nhất tại Nhật Bản (tiếp tục giành giải Grammy năm 1985).[33] Một bản chuyển soạn hơi khác của bản nhạc đã được phát hành trong album Theo yêu cầu: Bài hát hay nhất của John Williams và Dàn nhạc Boston Pops của Philips. Năm 1996, một phiên bản thay thế của "Nhạc hiệu và Nhạc chủ đề Olympic" được phát hành trong album Triệu tập các anh hùng cho Thế vận hội Olympic Atlanta, thay thế phần đầu của tác phẩm bằng "Giấc mơ của Bugler" của Arnaud. Chủ đề này cũng được sử dụng trong lễ bế mạc Thế vận hội Olympic 2010, khi những người cầm cờ của các quốc gia tiến vào Sân vận động BC Place xung quanh ngọn lửa Olympic và khi thị trưởng Vancouver Gregor Robertson đưa lá cờ Olympic vào sân vận động.
• "Tinh thần Olympic": Nhạc chủ đề do John Williams viết cho Thế vận hội 1988 tại Seoul và được sử dụng trong các chương trình phát sóng tương ứng của NBC.
• "Triệu tập các anh hùng": Chủ đề do John Williams viết cho Thế vận hội Mùa hè 1996 ở Atlanta.
• "Theme from The Adventures of Brisco County, Jr.": Bài hát chủ đề của chương trình truyền hình này, do Randy Edelman sáng tác, được NBC sử dụng lần đầu cho các đoạn quảng cáo và quảng cáo vào năm 1996; nó sẽ bị loại bỏ sau Thế vận hội Mùa hè 2016.[34]
• "Tiếng gọi của những quán quân": Chủ đề do John Williams viết cho Thế vận hội mùa đông Salt Lake 2002.

Một số nhà soạn nhạc khác đã đóng góp âm nhạc cho Olympic, bao gồm Henry Mancini, Francis Lai, Marvin Hamlisch, Philip Glass, David Foster, Mikis Theodorakis, Sakamoto Ryuichi, Vangelis, Basil Poledouris, Michael Kamen và Mark Watters.