Een onvoorwaardelijke stimulus is een stimulus die van nature en automatisch een reactie oproept, zonder dat er voorafgaand aan het leerproces sprake is van aangeleerd gedrag. Het is de biologisch belangrijke gebeurtenis die centraal staat in de klassieke conditionering.

Voedsel in de mond is een ongeconditioneerde stimulus voor speekselproductie; een hard geluid is een ongeconditioneerde stimulus voor schrikreactie; een lichte elektrische schok is een ongeconditioneerde stimulus voor terugtrekking of angst. In de experimenten van Pavlov was de ongeconditioneerde stimulus het vleespoeder dat steevast speekselproductie opwekte. Wanneer een neutrale stimulus herhaaldelijk wordt gekoppeld aan de ongeconditioneerde stimulus, wordt de neutrale stimulus een geconditioneerde stimulus die op zichzelf een vergelijkbare reactie kan oproepen.

De effectiviteit van een ongeconditioneerde stimulus hangt af van de intensiteit ervan, de motivationele toestand van het organisme en de evolutionaire aanleg van de soort. Sommige stimuli worden gemakkelijker geassocieerd met specifieke reacties dan andere. Zonder een ongeconditioneerde stimulus kan klassieke conditionering geen nieuw signaal voor die reactie creëren.

De gebeurtenis die al een betrouwbare reactie teweegbrengt, is de ongeconditioneerde stimulus.