Parlamentare europeo per il Movimento 5 Stelle dalla legislatura VIII, è stato eletto Vicepresidente del Parlamento europeo il 15 novembre 2017 e poi riconfermato il 3 luglio 2019. Con la sua rielezione, per la prima volta nella storia del Parlamento Europeo, un deputato non iscritto a un gruppo parlamentare è stato eletto Vicepresidente. Nel febbraio 2024 aderisce ad Azione.
Militante del Movimento 5 stelle nel gruppo del IX Municipio di Roma Capitale, di cui nel 2013 è anche coordinatore per alcuni mesi. Sempre nel 2013, attraverso le primarie online, viene scelto come candidato del partito alle regionali nella circoscrizione di Roma e Provincia, risultando il terzo dei non eletti.
Al Parlamento europeo ricopre, sin dall'inizio dell'VIII Legislatura, il ruolo di coordinatore per il gruppo EFDD nelle Commissioni AFET (Affari Esteri) e AFCO (Affari Costituzionali)[1]. Eletto nel gennaio 2015 vicecapodelegazione del Movimento 5 Stelle Europa, subentra a Tiziana Beghin come terzo capodelegazione da luglio 2015 a gennaio 2016[2]. Molto attivo nei lavori dell'Europarlamento[3], viene eletto per acclamazione dai membri del DEG[4], di cui è coordinatore sempre per il gruppo EFDD, quale Parlamentare responsabile per il programma Youth Leader Forum. Ricopre inoltre diversi altri incarichi parlamentari, tra cui il ruolo di vicepresidente dell'Integruppo contro il razzismo e per la diversità[5] (ARDI) sin dalla sua fondazione[6], dell'Intergruppo per i diritti LGBTI da dicembre 2015[7] e dell'Intergruppo per il Sahara Occidentale[8].
È membro del Parliamentarians for Global Action and the informal Group of the Friends of ICC da febbraio 2015; membro del Kurdish Friendship Group in the EP; membro dell’Intergruppo sul benessere e la conservazione degli animali; membro del Group of Friends of Iraq.
Partecipa a diverse missioni di osservazione elettorale: in Tunisia (ottobre, novembre, dicembre 2014); in Nigeria (marzo 2015); in Moldova (ottobre 2016).
È relatore di un rapporto d'iniziativa sulla Tunisia nel contesto regionale del Maghreb[9], e relatore ombra di molteplici Relazioni[10]. Inoltre è membro della Commissione parlamentare mista Ue-Tunisia (CPM).
Il 15 novembre 2017 viene eletto Vicepresidente del Parlamento europeo in sostituzione di Alexander Graf Lambsdorff, il più giovane di sempre nella storia dell'Istituzione[11].
Durante la sua attività politica al parlamento europeo ha criticato pubblicamente l'utilità delle sanzioni economiche imposte alla Russia dall'Unione europea applicate in seguito all'annessione della Crimea.[14] Nel mese di marzo 2017 ha fatto parte di una delegazione di eurodeputati di sei gruppi politici diversi che ha visitato la Siria, dove hanno incontrato, tra gli altri, i rappresentanti delle Nazioni Unite, della Mezzaluna Rossa e il presidente siriano Bashar al-Assad.
Alle elezioni europee del 2019 raccoglie 43.601 voti nel Centro risultando il primo degli eletti.[15] Il 3 luglio 2019 viene rieletto vicepresidente del Parlamento europeo, correndo da indipendente con il sostegno di oltre 40 eurodeputati appartenenti a vari gruppi politici, in quanto la delegazione europea del M5S risulta appartenere al raggruppamento tecnico dei Non iscritti. La sua elezione rappresenta la prima di un indipendente appartenente ai Non iscritti.[16]