Οι μετόπες του ναού του Διός βρίσκονταν πάνω από την είσοδο του πρόναου και του οπισθόδομου και απεικονίζουν τους άθλους του Ηρακλή. Οι μετόπες του οπισθόδομου ήταν: Ο Ηρακλής και το λιοντάρι της Νεμέας, Η Λερναία Ύδρα, οι Στυμφαλίδες όρνιθες, ο Κνώσιος ταύρος, η Κερυνίτιδα έλαφος και η Αμαζόνα.

Στην πρώτη μετόπη του οπισθόδομου απεικονίζεται ο πρώτος άθλος του Ηρακλή με το λιοντάρι, παιδί της Έχιδνας και του Όρθρου, που κατασπάραζε ζώα και ανθρώπους στη Νεμέα. Ο ήρωας παριστάνεται εδώ μετά τον άθλο του, να ακουμπά κουρασμένος το πόδι του πάνω στο άψυχο σώμα του λιονταριού. Του συμπαραστέκεται η θεά Αθηνά, και ο Ερμής. Το πρόσωπο της Αθηνάς αποτελεί ένα από τα πιο όμορφα πορτραίτα του αυστηρού ρυθμού. Στο κεφάλι του Ηρακλή και σε άλλα σημεία διατηρούνται ίχνη χρώματος. Το σώμα του λιονταριού είναι στο Μουσείο του Λούβρου, ενώ η μετόπη είναι ελλιπής κατά το μεγαλύτερο τμήμα της.

Η δεύτερη μετόπη του οπισθόδομου του ναού του Διός απεικονίζει τον άθλο του Ηρακλή με τη Λερναία Ύδρα. Το φιδόμορφο τέρας με τα εννέα κεφάλια ήταν παιδί της Έχιδνας και του Τυφώνα και κατοικούσε κοντά στη λίμνη της Λέρνας, όπου κατέστρεφε τα πάντα. Ο Ηρακλής την εξόντωσε κόβοντας τα κεφάλια και καίγοντας τις πληγές, με τη βοήθεια του ανηψιού του Ιόλαου. Από την παράσταση διατηρούνται μέρη από το σώμα του ήρωα, του τέρατος και των πλοκαμιών του. Ίχνη χρώματος διασώθηκαν στο αριστερό τμήμα της μετόπης.

Στην τρίτη μετόπη του οπισθόδομου του ναού απεικονίζεται ο άθλος του Ηρακλή με τις Στυμφαλίδες όρνιθες. Ο ήρωας έχει ολοκληρώσει τον άθλο του και παραδίδει μερικά από τα άγρια σαρκοβόρα πουλιά που ζούσαν στη λίμνη Στυμφαλίδα, στην προστάτιδά του θεά, την Αθηνά. Εκείνη κάθεται ανέμελα, ξυπόλητη πάνω σε βράχο και δέχεται τα δώρα του ήρωα. Η μορφή της Αθηνάς είναι σε αντίγραφο, αφού το αυθεντικό βρίσκεται στο Μουσείο του Λούβρου, όπου είχε μεταφερθεί από τη γαλλική αποστολή του Maison.

Ο άθλος του Ηρακλή με τον Κνώσσιο Ταύρο απεικονίζεται στην τέταρτη μετόπη του οπισθόδομου, από τις καλύτερα διατηρημένες. Σύμφωνα με το μύθο ο ταύρος που μετέφερε τον Δία και την Ευρώπη από την Φοινίκη στην Κρήτη, προκαλούσε καταστροφές στην περιοχή της Κνωσσού, ύστερα από τρέλα που του έστειλαν οι θεοί. Ο Ηρακλής τον συνέλαβε και τον μετέφερε στην Πελοπόννησο. Εικονίζεται εδώ η σκηνή της πάλης, όπου ο ήρωας έχει πιάσει τον ταύρο, σε μία δυναμική σκηνή με διαγώνια διάταξη των μορφών. Τα 2/3 της μετόπης με το σώμα και το κεφάλι του Ηρακλή και τον ταύρο βρίσκονται στο Μουσείο του Λούβρου. Από τα ίχνη χρώματος που διατηρήθηκαν, φαίνεται ότι το φόντο της ήταν γαλάζιο και ο ταύρος βαμμένος με σκούρο κόκκινο.

Η πέμπτη μετόπη εικονίζει τον άθλο του Ηρακλή με την Κερυνίτιδα έλαφο. Ο ήρωας έπιασε το ιερό ελάφι της Αρτέμιδας με τα χρυσά κέρατα και το παρέδωσε στον Ευρυσθέα, το βασιλιά που του είχε αναθέσει τους άθλους. Η μετόπη διασώζεται αποσπασματικά και λίγα τμήματά της βρίσκονται στο Μουσείο του Λούβρου. Διατηρούνται μόνον τμήματα από τα πόδια και το ένα χέρι του Ηρακλή καθώς και τμήμα του σώματος της ελάφου. Ο Ηρακλής με το δεξί του πόδι λυγισμένο γονατίζει πάνω στο σώμα του ζώου, ενώ με τα χέρια του το πιάνει από το λαιμό και τα κέρατα.

Στη μετόπη της ΝΔ γωνίας του οπισθόδομου του ναού απεικονίζεται ο άθλος του Ηρακλή με τη βασίλισσα των Αμαζόνων Ιππολύτη. Ο Ηρακλής εφόνευσε την Ιππολύτη, για να πάρει την περίτεχνη ζώνη της, δώρο του πατέρα της ’ρη, που επιθυμούσε η κόρη του Ευρυσθέα. Στη μετόπη, που είναι ελλιπής κατά το μεγαλύτερο τμήμα της, παριστάνεται η σκηνή του φόνου. Η βασίλισσα των Αμαζόνων κείται στο έδαφος, σηκώνοντας την ασπίδα της για να προστατευθεί, ενώ ο Ηρακλής όρθιος της επιτίθεται, έτοιμος να καταφέρει το τελειωτικό κτύπημα. Μικρά τμήματα της μετόπης βρίσκονται στο Λούβρο.

Οι μετόπες του προνάου ήταν: ο Ερυμάνθιος κάπρος, τα άλογα του Διομήδη, ο Γηρυόνης, τα μήλα των Εσπερίδων, ο Κέρβερος και οι σταύλοι του Αυγεία.

Η νοτιοανατολική μετόπη του πρόναου απεικονίζει τον άθλο του Ηρακλή με τον Ερυμάνθιο Κάπρο. Ο Ευρυσθέας διέταξε τον Ηρακλή να πιάσει το άγριο ζώο που προξενούσε καταστροφές στην περιοχή του όρους Ερύμανθου, στην Πελοπόννησο. Στη μετόπη παριστάνεται ο Ηρακλής που έχει ολοκληρώσει τον άθλο του και φέρνει πάνω στον ώμο του το ζώο για να το δείξει στον Ευρυσθέα. Εκείνος από την τρομάρα του έχει κρυφτεί μέσα σε ένα πιθάρι. Διατηρούνται μόνο λίγα τμήματα από το σώμα του ήρωα και του αγριόχοιρου και το πιθάρι από το οποίο προβάλλει το κεφάλι του Ευρυσθέα. Μικρά κομμάτια της μετόπης βρίσκονται στο Λούβρο.

Η δεύτερη μετόπη του προνάου απεικονίζει τον άθλο του Ηρακλή με τα ανθρωποφάγα άλογα του Διομήδη. Ο Ευρυσθέας ανέθεσε στον Ηρακλή να δαμάσει τα άγρια άλογα του Διομήδη, βασιλιά των Βιστόνων της Θράκης, που τρέφονταν με ανθρώπινες σάρκες. Ο ήρωας παριστάνεται τη στιγμή που έχει συλλάβει ένα από τα άλογα. Ίσως το κρατούσε με χάλκινο χαλινάρι. Διατηρήθηκαν μόνο τμήματα από το σώμα του Ηρακλή, το κεφάλι του αλόγου (το πρωτότυπο στο Λούβρο) και τμήματα από τα πόδια του.

Η τρίτη μετόπη απεικονίζει τον άθλο του Ηρακλή με τον τρισώματο Γίγαντα Γηρυόνη. Σύμφωνα με το μύθο ο Ευρυσθέας ανέθεσε στον Ηρακλή να του φέρει τα κοπάδια βοδιών του Γηρυόνη, από το νησί Ερύθεια. Ο ήρωας έπρεπε να σκοτώσει τον Γίγαντα με τα τρία σώματα και τα τρία κεφάλια για να πάρει τα κοπάδια. Στη μετόπη, που είναι ελλιπής κατά το μεγαλύτερο τμήμα της, παριστάνεται η σκηνή του φόνου, όπου στα αριστερά απεικονίζεται ο Ηρακλής έτοιμος να κτυπήσει με το ρόπαλό του τον Γηρυόνη που καταλαμβάνει το δεξί τμήμα της παράστασης.

Η τέταρτη μετόπη του προνάου είναι από τις ωραιότερες και η καλύτερα διατηρημένη. Απεικονίζει τον άθλο του Ηρακλή με τα μήλα των Εσπερίδων. Ο Ηρακλής έπρεπε να φέρει στον Ευρυσθέα τα χρυσά μήλα που φύλαγαν οι νύμφες Εσπερίδες, κόρες της Νύκτας και του ’τλαντα. Στη μετόπη, σε μία εκπληκτική σύνθεση, απεικονίζεται η σκηνή κατά την οποία ο ’τλαντας παραδίδει στον Ηρακλή τα χρυσά μήλα. Στο μέσον ο ήρωας, έχοντας πάρει για λίγο τη θέση του ’τλαντα κρατά τον Ουρανό, βοηθούμενος από τη θεά Αθηνά που βρίσκεται πίσω του. Στα δεξιά παριστάνεται ο ’τλαντας που προσφέρει στον Ηρακλή τα χρυσά μήλα, κρατώντας τρία σε κάθε χέρι.

Η πέμπτη μετόπη απεικονίζει τον άθλο του Ηρακλή με τον Κέρβερο. Σε μεγάλο τμήμα της η μετόπη είναι ελλιπής. Ο Κέρβερος ήταν ο τρικέφαλος άγριος και φοβερός φύλακας του ’δη. Στα αριστερά της παράστασης είναι ο Ηρακλής που σέρνει, δεμένο με σχοινί τον Κέρβερο, ο οποίος εδώ απεικονίζεται με ένα κεφάλι. Πίσω από τον Κέρβερο παριστανόταν ο ψυχοπομπός Ερμής.

Η τελευταία μετόπη του προνάου του ναού απεικονίζει τον καθαρισμό της κόπρου των σταύλων του Αυγείου. Ο Ευρυσθέας είχε δώσει εντολή στον Ηρακλή να καθαρίσει τους σταύλους του βασιλιά της Ήλιδας Αυγείου, που είχε πολλά κοπάδια. Στη μετόπη παριστάνεται στα δεξιά η θεά Αθηνά, που δείχνει στον ήρωά της το σημείο που πρέπει να σκάψει για να οδηγήσει τα νερά των ποταμών Πηνειού και Αλφειού στους σταύλους και να τους καθαρίσει. Ο Ηρακλής στα αριστερά με σάρωθρο απομακρύνει την κόπρο. Είναι η πρώτη φορά που απεικονίζεται ο άθλος αυτός του Ηρακλή στην ελληνική τέχνη.

Σε έξεργο ανάγλυφο οι μετόπες συμπληρώνουν το πλούσιο γλυπτό διάκοσμο του ναού και διακατέχονται, όπως και τα αετώματα, από το νεωτεριστικό και πρωτοπόρο πνεύμα του άγνωστου γλύπτη της Ολυμπίας. Όσα τμήματα βρέθηκαν στις πρώτες ανασκαφές του 1829 εκτίθενται στο Μουσείο του Λούβρου.