"Grenade" là một ca khúc ballad mang chất Pop và R&B đương đại, đồng sáng tác bởi Mars nhóm sản xuất âm nhạc The Smeezingtons, Brody Brown, Claude Kelly, và Andrew Wyatt.[3] Bản nhạc phát hành bởi Sony/ATV Music Publishing cho thấy rằng "Grenade" viết ở giọng Dm, tốc độ vừa phải, tempo 108 nhịp/phút. Giọng hát của Mars kéo dài trong quãng từ nốt A3 đến D5 và giọng bè được xen vào xuyên suốt bài hát.[3] Bài hát bắt đầu nhẹ nhàng nhưng mạnh dần và lên cao cả âm nhạc và lời ca ở cao trào bài hát, dựa trên "những nhịp phức rộn ràng".[4] Theo Jon Caramanica của tờ The New York Times, bài hát mang yếu tố âm nhạc của những năm thập niên 80 và kèm thêm tiếng trống mạnh tương tự như phong cách của Kanye West.[5] Bill Lamb của About.com chú ý đến "cấu trúc pop cổ điển của bài hát" và Scott Kara của The New Zealand Herald mô tả nhịp điệu bài hát ảnh hưởng bởi phong cách của Shakira.[6] Bài hát có mang một chút yếu tố của Jeff Tweedy trong ca khúc "I'll Fight". Về phần lời bài hát, "Grenade" mang chủ đề tình yêu tan vỡ và đau khổ, một câu chuyện tình éo le với mối quan hệ mâu thuẫn:"Gave you all I had / And you tossed it in the trash" (tạm dịch: Trao cho em tất cả những gì tôi có, và em đã ném chúng vào bãi rác).[4] Mars hát đoạn điệp khúc như sau, "I'd catch a grenade for ya,"(tạm dịch: Tôi sẽ cầm lựu đạn vì em), và tình yêu đó không được đáp lại vì cô gái "sẽ không làm điều tương tự". (won't do the same)[7]