Спортивное прозвище — «Балтиморская пуля» (англ. The Baltimore Bullet).
Майкл наиболее силён в плавании вольным стилем и баттерфляем, несколько слабее выглядит в плавании на спине и брассом. Также успешно выступает в комплексном плавании.
На данный момент является обладателем 7 мировых рекордов (50-метровый бассейн/длинная вода: 100 м и 200 м баттерфляем, 400 м комплекс, эстафета 4?100 м вольным стилем, эстафета 4?200 м вольным стилем, комбинированная эстафета 4?100 м; 25-метровый бассейн/короткая вода: комбинированная эстафета 4х100 м).
Всего на 1 августа 2011 года Фелпс установил 37 мировых рекордов на «длинной воде» (29 индивидуальных и 8 в эстафете) и превзошёл высшее достижение Марка Спитца, который установил за карьеру 33 мировых рекорда (26 индивидуальных и 7 в эстафете). Ещё 2 мировых рекорда в эстафете на счету Майкла в 25-метровом бассейне.
23 из своих 37 рекордов Фелпс установил на 3 дистанциях: 200 м баттерфляем (8 рекордов), 200 м (8 рекордов) и 400 м (7 рекордов) комплексным плаванием. Мировым рекордом на дистанциях 200 м баттерфляем владеет непрерывно более 10 лет, а на дистанции 400 м комплексом — уже более 9 лет.
На Олимпиаде в Сиднее в 2000 году 15-летний Фелпс стал самым молодым олимпийским пловцом из США за последние 68 лет. Он не выиграл ни одной медали, лучшим результатом было 5-е место на дистанции 200 м баттерфляем.
На Олимпиаде в Афинах в 2004 году 19-летний Фелпс выиграл 8 медалей, из которых 6 были золотыми и 2 бронзовыми, установив при этом 3 олимпийских и 1 мировой рекорд. Кроме того, 8 медалей на 1 Олимпиаде — повторение рекорда знаменитого советского гимнаста Александра Дитятина, который установил своё достижение на Олимпиаде-1980 в Москве.
На Олимпиаде в Пекине в 2008 году Фелпс выиграл все дистанции, на которых стартовал, и завоевал 8 золотых наград, побив рекорд Марка Спитца (7 золотых медалей в Мюнхене-1972), что также сделало его 14-кратным олимпийским чемпионом. Таким образом, обойдя финского легкоатлета Пааво Нурми, советскую гимнастку Ларису Латынину, американского легкоатлета Карла Льюиса и своего коллегу по амплуа американца Марка Спитца, он стал самым титулованным спортсменом в истории современных Олимпийских игр. Однако по общему числу олимпийских наград Фелпс (16) пока отстаёт от Ларисы Латыниной, которая завоевала 18 медалей.
На чемпионате мира в Мельбурне в 2007 году Фелпс выиграл 7 золотых медалей, установив при этом 5 мировых рекордов На чемпионате мира 2009 года в Риме Майкл выиграл 5 золотых наград и 1 серебряную, установив 4 мировых рекорда (2 — в индивидуальных видах и 2 — в составе эстафетной сборной США). В 2011 году на чемпионате мира в Шанхае выиграл 4 золота, 2 серебра и 1 бронзу (интересно, что бронза стала для Майкла первой медалью этого достоинства в его богатейшей коллекции наград с чемпионатов мира).
Фелпс является 50-кратным чемпионом США в индивидуальных видах и эстафетах в 2001—2010 годах. При этом он выиграл ещё и 3 чемпионата США, где расстояния измеряются в ярдах.
Если внимательно присмотреться к видео, где он плывет вольным стилем, можно заметить, что он расслабляет ступни и, из-за их длины, использует их как ласты. Так же большая площадь ступней помогает ему лучше толкаться при плавании брассом. Это же соображение касается большей площади его ладоней.