Specjalizująca się w stylu motylkowym i dowolnym Vollmer, która jako nastolatka przeszła operację serca, przyznała, że nadszedł czas, aby skupić się na nowych celach i możliwościach.
Na igrzyskach w Atenach (2004) sięgnęła po złoto w sztafecie 4x200 m stylem dowolnym. Na kolejne mistrzostwo olimpijskie czekała osiem lat. W 2012 roku w Londynie triumfowała indywidualnie na 100 m st. motylkowym oraz w sztafetach 4x100 m st. zmiennym i 4x200 m st. dowolnym.
Później miała przerwę macierzyńską, ale wróciła do rywalizacji na najwyższym poziomie.
Piąty złoty medal igrzysk wywalczyła w 2016 roku w Rio de Janeiro w sztafecie 4x100 m st. zmiennym. Wówczas zdobyła też srebro w sztafecie 4x100 m st. dowolnym i brąz indywidualnie na 100 m motylkiem.
Amerykanka jest również m.in. 10-krotną medalistką mistrzostw świata, w tym czterokrotnie złotą.
