En marzo de 2012 Paltrinieri gañou o título italiano de 800 metros estilo libre, e dous meses máis tarde, deixou a todos atrás nos Campionatos de Europa.
en Debrecen, derrotando aos famosos húngaros Gergő Kis e Gergely Gyurta nos 1500 m. O seu tempo de 14:48.92 cualificouno para os Xogos Olímpicos e, na época, foi o segundo nado máis rápido do ano nos 1500 m, batendo o récord do campionato. Está adestrado por Stefano Morini. Nos Xogos Olímpicos de Verán de 2012, o italiano de 17 anos avanzou á súa primeira final olímpica co 4o mellor tempo de 14:50.11. Na final terminou quinto en 14:51.92.