A fényhatékonyság terén elért áttörés ellenére a LED-es világítás még mindig jelentős energiaveszteséget szenved el az AC-DC energiaátalakítás (meghajtó áramkör), az elektro-optikai átalakítás (elektrolumineszcens a LED-elágazásnál) és a hullámhossz-átalakítás (Stokes-eltolódás a foszforréteg). Az izzólámpák, fénycsövek és fémhalogén lámpák a hulladékenergiát infravörös sugárzás (IR), ultraibolya sugárzás (UV) és hő különféle kombinációivá alakítják. A hagyományos technológiákkal szemben a LED-ek fényemissziós folyamata során fellépő összes energiaveszteség hőként távozik. A legtöbb LED-es termék rendszerhatékonysága 50 százalék alatti. Ez hatalmas hőtechnikai problémát jelent, hogy a rendszer bemeneti teljesítményének több mint 50 százaléka csomag- és táblaszintű hővé alakul.
A LED-ek csatlakozási hőmérséklete függ az előremenő feszültségtől, a spektrális teljesítményeloszlástól (SPD) és a fényáramtól (fénykibocsátás). A LED által kibocsátott fény mennyisége a csomóponti hőmérséklet emelkedésével csökken, mivel a nem sugárzó rekombináció érvényesül magas csomóponti hőmérsékleten. A csomóponti hőmérséklet növekedése a LED-ek aktív tartományának sávszélességi energiájának csökkenéséhez vezet. Ez az előremenő feszültség csökkenését eredményezi. A csökkentett előremenő feszültség az elektromos teljesítmény csökkenését okozza, ami a hőveszteséggel kombinálva növeli a fénykibocsátás veszteségét. A termikusan indukált teljesítménycsökkenést színeltolódás kíséri. Ahogy a LED átmenet hőmérséklete emelkedik, a sávszélesség a vezetési sáv és a félvezetőrétegek vegyértéksávja között szűkül. Mivel az elektromágneses sugárzás hullámhosszát a látható tartományban a sávszélesség határozza meg, a csatlakozási hőmérséklet minden 10ºC-os emelkedése egy nanométerrel megnöveli a LED domináns hullámhosszát. Következésképpen észrevehető színeltolódás lesz a spektrum felső vége felé (sárga eltolódás), amikor a LED-ek magas hőmérsékleten működnek. Színeltolódás a foszforrétegben is előfordul, ha azt a telítési fluxus szintje felett működtetik. A foszfor kvantumhatékonyságának elvesztése a magas Stokes-hő következtében kékeltolódáshoz vezet.
A korlátozott ideig tartó magas hőmérsékletű működés rontja a LED-ek átmeneti hatásfokát és spektrális minőségét. Ha a LED-ek folyamatosan a megengedett maximális hőmérséklet felett működnek a pn csomópontnál, az visszafordíthatatlan károsodáshoz vezethet a LED-ekben. Az a sebesség, amellyel a LED öregszik, fordítottan arányos a pn átmenet hőmérsékletével. A csatlakozási hőmérséklet minden 10 °C-os növekedése a fényerő 30-50 százalékos csökkenését eredményezi. A LED fénykibocsátásának ezt a tartós csökkenését, amelyet a magas üzemi hőmérséklet felgyorsít, lumencsökkenésnek nevezik. A magasabb hőmérséklet a polimer alapú foszforréteg lebomlási folyamatát is felgyorsítja. A foszfor lebomlása és a polimer karbonizálódása olyan színeltolódást eredményez, amelyet a LED-es világítás nem tolerál. A magas csomóponti hőmérséklet nagy hőtágulási együttható (CTE) eltérést okozhat a LED dióda és a csomagolóanyagok között, ami jelentős hatással van a LED megbízhatóságára.
