Barack Obaman uudelleenvalinnan varmistivat uskonnollisesti maltilliset ja uskontoihin sitoutumattomat äänestäjät. Vastaehdokas Mitt Romney oli ylivoimainen valkoihoisten protestanttien ja evankelisten äänestäjien keskuudessa, Obama puolestaan keräsi suuren marginaalin turvin latinotaustaisten katolisten ja juutalaisten äänet.
Amerikkalaisen PEW Research Centerin tekemä tutkimus kertoo, että pääpuolueiden ehdokkaiden kannatus noudatteli vuoden 2008 vaalin tuloksia äänestäjien uskontotaustoja. Vuonna 2008 Obaman vastaehokkaana oli senaattori John McCain. Tuolloin ehdokkaiden ero ääniosuuksissa oli suurempi (53-46) kuin nyt (50-48). Romney keräsi kasvaneen kannatuksen uskonnollisesti aktiivisempien keskuudesta. Tutkimuksen mukaan Romney menestyi heidän parissaan lähes yhtä hyvin kuin presidentti George W. Bush vuoden 2004 vaaleissa.
Romney voitti prosenttiosuuksin 59-39 niiden äänet, jotka ilmoittivat kyselyssä osallistuvansa uskonnolliseen tilaisuuteen vähintään viikottain. Kuukausittain tai joitakin kertoja vuodessa osallistuvien joukossa Obama voitti prosentein 55-43. Uskonnollisiin tilaisuuksiin osallistumattomat antoivat Obamalle äänensä prosentein 62-34.
Selkeimmän tuen Obamalle antoivat afroamerikkalaistaustaiset protestanttiäänestäjät (95-5). Suurista äänestäjäryhmistä katolisten latinoäänestäjien vahva tuki (75-21) oli yksi vaalin keskeisin ratkaisijatekijä. Obaman taakse ryhmittyivät myös juutalaistaustaiset äänestäjät (69-30), muihin uskontoihin kuuluvat (74-23) ja uskonnottomat (70-26).
Romney sai kannatusta äärilaidan evankelisten (79-20) ja valkoihoisten protestanttien (69-30) keskuudessa. Mormonitaustainen Romney sai myös oman tunnustuskuntansa äänet selvällä enemmistöllä (78-21). Romney oli myös Obamaa suositumpi valkoisten katolisten (59-40) ja maltillisten protestanttien (54-44) keskuudessa.