Í Rio de Janeiro vann Adrian fjögur heiðursmerki. Hann vann sína fyrstu medalíu sem ankar fyrir 4 × 100 metra frjáls stýri ásamt Caeleb Dressel, Michael Phelps og Ryan Held. Bandaríkjamenn, með Dressel og Held sem keppendur í fyrsta sinn á Ólympíuleikum, enduðu með tíma 3:09.92, á eftir þeim komu Frakkar og Ástralía. Síđasti leikur Adrian var 46.97 sekúndur, sá hrađasti á sviđinu. Í sínu fyrsta einstaklingskeppni, 100 metra frjálsa, tókst Adrian ekki að verja ólympíutitil sinn og náði þriðja sæti á eftir Kyle Chalmers og Pieter Timmers á 47.85 sekúndum. Adrian hlaut annað bronsverðlaun í 50 metra frjálsum hlaupi, en hann kláraði hlaupið á 21,49 sekúndum. Annar Bandaríkjamaður, Anthony Ervin, sigraði á 21,40 sekúndum og ólympíumeistari Florent Manadou varð annar. Hann lauk Ólympíuleikunum með gullverðlaun í 4x100 metra hlé
á síðasta degi keppninnar, ađ synda međ Ryan Murphy, Cody Miller og Michael Phelps. Hann komst í stafettinn á 46.74 og vann gullverðlaunin á 3:27.95, sem er nýtt ólympíurekord.