L'omnium est un événement combinant plusieurs épreuves. La version des Jeux olympiques 2020 propose quatre types d'épreuves différentes. Le format a considérablement changé depuis 2016, avec trois des six épreuves abandonnées et une nouvelle ajoutée. L'omnium est également passé d'un format de deux jours lors des Jeux précédents à un format d'un jour en 2020. Le vainqueur de l'omnium est le cycliste qui obtient le plus de points à l'issue des quatre épreuves. Le vainqueur de chacune des trois premières épreuves gagne 40 points, le deuxième obtient 38 points, le troisième 36 points, et ainsi de suite. La course aux points qui sert de dernière épreuve a un barème spéciale. Les courses de l'omnium sont :
Course scratch : la course est lancée avec un départ groupé ; le premier à franchir la ligne gagne l'épreuve. La distance est de 10 kilomètres (40 tours).
Course tempo : il s'agit de la nouvelle épreuve pour 2020. La distance est de 10 kilomètres (40 tours). Après les 5 premiers tours, le premier de chaque tour marque 1 point. Prendre un tour sur le peloton rapporte 20 points supplémentaire. Le vainqueur de l'épreuve est le cycliste avec le plus de points (les points gagnés dans la course tempo ne comptent pas pour le total de l'omnium ; ils ne sont utilisés que pour classer les cyclistes). En cas d'égalité de points récoltés sur l'épreuve, c'est la place lors du sprint final qui départage les cyclistes.
Course aux points : l'épreuve finale est une course aux points de 25 kilomètres (100 tours), avec des points gagnés pour les sprints (5/3/2/1, tous les 10 tours avec des points doublés pour le sprint final) et pour les tours pris sur le peloton (20 points).