合李婷\/孫甜甜爆出冷門，不僅一路過關斬將，接連改寫中國網球運動的曆史，最終還擊敗所有的對手，奪取了冠軍。這不僅是中國網球運動員首次在世界級賽事中奪取冠軍，也是亞洲運動員首次獲得奧運會網球比賽的冠軍，實現了中國網球運動的重大突破。
跳水運動員郭晶晶和乒乓球運動員張怡寧在本屆奧運會上各獲2枚金牌；跳水運動員吳敏霞、勞麗詩和羽毛球運動員高崚在本屆奧運會上各獲1金1銀；跳水運動員田亮獲得1金1銅。這六人是中國代表團在本屆賽會中獲得獎牌最多的運動員。而田亮、高崚還與羽毛球運動員張軍、乒乓球運動員王楠和跆拳道運動員陳中一起，成為在最近兩屆奧運會上都獲得過冠軍的五名中國運動員。
縱觀中國代表團在本屆盛會上的表現，雖然在個別項目上表現不儘如人意，但還是取得了巨大的成功：在田徑、遊泳和水上三個獎牌大項中，曆史性地同時獲得了單項冠軍。其中田徑男子短距離跨欄項目更是實現了飛躍性的突破。這些都為未來在這三個大項中取得更大、更全麵的突破打響了前哨戰；傳統優勢項目跳水、射擊、舉重，以及弱勢項目田徑的奪金數量都達到了曆史最高，其中射擊在幾個以往實力比較弱的單項上也取得了長足進步；網球、摔跤、皮劃艇首次奪取了奧運會金牌，皮劃艇更是突破性地有6項闖入決賽；女子排球在時隔20年後重新問鼎；擊劍項目雖未獲金牌，但獎牌數和奪獎麵都比往屆有了增加；自行車曆史性地首次獲得了銀牌；拳擊和蹦床都首次取得了獎牌。射箭、帆船都重新獲得了獎牌。女子曲棍球雖未能實現賽前製定的衝擊獎牌的目標，但也取得了曆史最好的第四名。
與以上項目的進步相比，一些傳統強項卻在本屆比賽中遭到了有力的挑戰，其中尤以體操、羽毛球、乒乓球和女子足球等項目最為明顯。如何應對世界各隊的挑戰，繼續保持這些優勢項目的世界領先地位，是擺在四年後奧運會東道主中國體育界麵前的重要課題。
由於中國、澳大利亞和日本等國家的衝擊，往屆美國、俄羅斯、德國世界三強稱霸的格局已在本屆上出現了顯著變化。以往許多被這三家奪得的獎牌現在已越來越多地流入了包括中國在內的其他許多代表團囊中。而中國衝擊世界第一集團的趨勢早在四年前的悉尼奧運會上便已突顯出來，本屆則更加明顯。雖然本屆奧運會前，中國代表團一直保持了低調，目標隻是爭取排在第二集團前列，但通過賽場上的競爭，上屆已經進入金牌數和獎牌數三甲行列的中國本屆又進一步，不僅超過了以往三強中的俄羅斯和德國，而且大踏步地迫近了世界體壇第一強國美國。
中國台北選手也在本屆奧運會上取得了曆史性的突破，在跆拳道比賽開賽的第一天，陳詩欣在女子負49公斤級，朱木炎在男子負58公斤級中就先後奏凱，二人包攬了當天產生的全部兩枚跆拳道金牌，並為中國台北首次奪取了奧運會金牌。
其他：
2004年雅典奧運會的吉祥物費沃斯和雅典娜是一對兄妹，吉祥物的創意來自古希臘的一種玩具形象。這種數千年前的玩具是在希臘的一座曆史遺跡中發現的。儘管兩個吉祥物誕生於現代，但他們的名字則都來源於古希臘傳說中的人物。其中費沃斯是光明和音樂之神，通常也被稱為是太陽神；雅典娜則是智慧女神和雅典城的守護神。費沃斯和雅典娜一起，象征著希臘的曆史和現代奧運會的結合。
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