2021 m. birželio 16 d. Martensas buvo įvardintas kaip vienas iš 18 Nyderlandų pirmojo komandos žaidėjų 2020 m. olimpinėse žaidynėse, pirmojoje Nyderlandų moterų olimpinėje varžybose. Pirmoje grupės etapo rungtynėse Martensas užmušė savo 50-ąjį nacionalinės komandos tikslą prieš Zambiją. Martensas įmušė dar vieną tašką, o galutinis rezultatas buvo Zambija 3 × 10 Nyderlandai, aukščiausias moterų futbolo rungtynės taškas olimpiados istorijoje. Trečiojoje ir paskutinėje Nyderlandų grupės etapo rungtynėse Martensas surinko dar du taškus prieš Kiniją, kai Nyderlandai pateko į ketvirtfinalinį turnyrą. Jie susidūrė su 2019 m. Moterų pasaulio taurės finale
JAV varžovai, kur Martensas praleido 81 minutėje penalti, o olandai buvo nugalėti po penalti šaudymo po papildomo laiko.