Mołdawię na Letnich Igrzyskach Olimpijskich 2012, które odbyły się w Londynie, reprezentowało 20 zawodników. Był to piąty start reprezentacji Mołdawii na letnich igrzyskach olimpijskich.
Brązowe medale olimpijskie otrzymali Cristina Iovu oraz Anatoli Ciricu. Odebrano im je w 2016 roku z powodu wykrycia u sportowców substancji dopingowych w organizmie.
Reprezentanci 30px Boks
Mężczyźni Zawodnik Konkurencja1/161/8ĆwierćfinałPółfinał FinałPrzeciwnikWynikPrzeciwnikWynikPrzeciwnikWynikPrzeciwnikWynikPrzeciwnikWynik PozycjaVasilii BelousWaga półśrednia (69 kg) Selemani KidundaW 20 – 7 Taras SzełestiukP 7 – 15colspan="3" 9-16.
30px Judo
Mężczyźni Zawodnik Konkurencja1/321/161/8ĆwierćfinałPółfinałRepasaż 1Repasaż 2 FinalPrzeciwnikWynikPrzeciwnikWynikPrzeciwnikWynikPrzeciwnikWynikPrzeciwnikWynikPrzeciwnikWynikPrzeciwnikWynikPrzeciwnikWynikPozycja Sergiu Toma −81 kg Jaromír MusilW 100 – 0001 Takahiro NakaiP 0003 – 0101colspan=5 11-16. Ivan Remarenco −90 kg Kirill DenisovP 0001 – 100colspan=6 17-30.
Kolarstwo
30px Kolarstwo szosowe Mężczyźni ZawodnikKonkurencjaCzasPozycja Oleg Berdoswyścig ze startu wspólnego
30px Lekkoatletyka