Một số nhà phê bình âm nhạc ngụ ý rằng Stevens sẽ nhận được đề cử của nhiều giải thưởng cho bài hát này. Larry Fitzmaurice của "Vice" dự đoán rằng "Mystery of Love" và "Visions of Gideon" đủ sức để nhận được đề cử của Giải Quả cầu vàng. Stacy Lambe của "Entertainment Tonight" viết rằng họ "nghĩ rằng Stevens là một ứng viên nặng kí ở hạng mục Ca khúc trong phim xuất sắc nhất của giải Oscar". Glenn Whipp của "Los Angeles Times" cũng đồng tình và gọi việc trở thành ứng cử viên tại các lễ trao giải là một "ván cược tốt". Tại Giải Critics' Choice lần thứ 23, "Mystery of Love" nhận được đề cử ở hạng mục Ca khúc xuất sắc nhất, tuy nhiên đã thất bại trước "Remember Me" của bộ phim hoạt hình "Coco" năm 2017. Bài hát cũng được đề cử ở hạng mục này tại lễ trao giải của Hiệp hội các nhà phê bình phim Georgia, tuy nhiên giải thưởng cũng thuộc về "Remember Me". Ở hạng mục Ca khúc/ Bản thu âm cho Phim xuất sắc nhất của Giải của Hội những nhà Giám sát Âm nhạc, "Mystery of Love" là một trong số năm đề cử được lựa chọn. Tại Giải Oscar lần thứ 90, cả "Mystery of Love" và "Visions of Gideon" đều trở thành 2 trong số 70 ứng viên trong danh sách đề cử rút gọn của hạng mục Ca khúc trong phim xuất sắc nhất. Cuối cùng, ca khúc đầu tiên được đề cử và trở thành đề cử đầu tiên của Stevens ở hạng mục này. David Bauder của "Albany Times Union" gọi "Mystery of Love" là "kẻ khác biệt trong số các đề cử, ít nhất là về mặt phong cách". Giải thưởng cuối cùng đã thuộc về "Remember Me" của bộ phim "Coco". "Mystery of Love" cũng nhận được đề cử ở hạng mục Ca khúc nhạc phim hay nhất tại Giải Grammy lần thứ 61, qua đó trở thành đề cử giải Grammy đầu tiên của Stevens. Bài hát chiến thắng một giải David di Donatello ở hạng mục Ca khúc trong phim xuất sắc nhất vào tháng 3 năm 2019.