El tenis de mesa se disputará durante la mayor parte de la duración total de los Juegos, y los partidos se jugarán todos los días entre el 24 de julio y el 6 de agosto, excepto un descanso de un día el 31 de julio. Todos los partidos se jugarán en el recinto del Tokyo Metropolitan Gymnasium. Fue construido en 1952, su apertura tuvo lugar en 1954 y fue remodelado en 1990. Albergó las competiciones de gimnasia de los Juegos de Tokio 1964 y actualmente tiene capacidad para 10.000 espectadores.

Los jugadores utilizan palas formadas por una placa de madera recubierta de goma por ambos lados y una bola de plástico hueca que pesa solo 2,7 gramos. El deporte sigue los mismos principios básicos que el tenis, pero tiene un sistema de puntuación muy diferente. Los partidos individuales se juegan al mejor de siete juegos, con el primer jugador que llegue a 11 puntos (con un margen de dos) ganando cada parcial.

Los partidos por equipos consisten en cuatro encuentros individuales y un partido de dobles, cada uno jugado al mejor de cinco juegos. Cada equipo consta de tres jugadores y los partidos finalizan cuando un equipo logra vencer en tres partidos. En los partidos de dobles, los jugadores se turnan para golpear la pelota.

A diferencia del tenis, en el que un jugador sirve durante un juego completo, en el tenis de mesa el servicio cambia cada dos puntos. Una vez que el marcador alcance el 10-10, el servicio cambiará después de cada punto. En los juegos de dobles, el servicio se alternará igual entre los distintos jugadores.

La prueba individual la disputarán entre 64 y 70 jugadores en el total de la modalidad masculina y femenina, dependiendo de las vacantes que generen los eventos mixtos, con un máximo 2 plazas por país. 32 jugadores procederán de los 16 países que participan en la prueba por equipos y 22 jugadores serán de los Campeonatos Continentales (no pueden pertenecer a los países que clasificaron para la prueba por equipos). En ambos casos, con un máximo de dos por cada país.

También existe otro criterio, que es la invitación: será uno por género. Esta se asignará una vez se conozcan todas las vacantes generadas por los eventos mixtos, para llegar a la paridad de 86 jugadores de cada sexo en el total, y tras conocer los puestos finales del ranking mundial.

Desde que el tenis de mesa se unió al programa olímpico en 1988, China ha ganado 28 de las 32 medallas de oro. Antes, países de Europa Central como Hungría, la República Checa, Austria y Alemania dominaron el deporte hasta mediados del siglo XX, tiempos en lo que no era deporte olímpico.