En marzo de 2012, Paltrinieri ganó el título italiano de 800 metros estilo libre, y dos meses después, dejó a todos en su estela en el Campeonato Europeo.
en Debrecen, derrotando a los famosos húngaros Gergő Kis y Gergely Gyurta en los 1500 m. Su tiempo de 14:48.92 lo clasificó para los Juegos Olímpicos y, en ese momento, fue el segundo nadador más rápido del año en los 1500 m, rompiendo el récord del campeonato. Está entrenado por Stefano Morini. En los Juegos Olímpicos de Verano de 2012, el italiano de 17 años avanzó a su primera final olímpica con el cuarto mejor tiempo de 14:50.11. En la final terminó quinto en 14:51.92.