"Unconditionally" có độ dài 3:49. Về nhạc lý, nó được viết bằng khóa E và với dãy âm Em-C-G-D.[5] Về thể loại, nó là một bài hát power pop và rock ballad.[6][7] với sự pha trộn một ít nhạc cổ điển và nhạc pop điện tử. Perry nói rằng "Unconditionally" là bài hát yêu thích của cô trong album Prism và theo cô mô tả thì bài hát nói về tình yêu vô điều kiện có thể xuất hiện trong nhiều hình thức như các mối quan hệ giữa mẹ và con hay giữa anh chị em với nhau.[8]