Kljub prelomu v svetlobni učinkovitosti se pri LED-osvetlitvi še vedno izgubi precejšnja količina energije med pretvorbo moči AC-DC (gonilno vezje), elektro-optično pretvorbo (elektroluminiscenca na spoju LED) in pretvorbo valovne dolžine (Stokesov premik pri fosforna plast). Žarnice z žarilno nitko, fluorescentne in metalhalogenidne žarnice pretvarjajo odpadno energijo v različne kombinacije infrardečega sevanja (IR), ultravijoličnega sevanja (UV) in toplote. V nasprotju s konvencionalnimi tehnologijami se vsa izguba energije, ki nastane med procesom oddajanja svetlobe LED diod, odvaja kot toplota. Sistemska učinkovitost večine izdelkov LED je manjša od 50 odstotkov. To pomeni velik problem toplotnega inženiringa, saj se več kot 50 odstotkov vhodne moči sistema pretvori v toploto na ravni paketa in plošče.
Svetleče diode imajo odvisnost prednje napetosti, spektralne porazdelitve moči (SPD) in svetlobnega toka (svetlobnega toka) od temperature spoja. Količina svetlobe, ki jo oddaja LED, pada, ko se temperatura spoja dvigne, ker pri visokih temperaturah spoja prevladuje nesevalna rekombinacija. Povečanje temperature spoja bo privedlo do zmanjšanja energije pasovnega razmika aktivnega območja LED. Posledica tega je zmanjšanje napetosti naprej. Zmanjšana napetost naprej povzroči zmanjšanje električne moči, kar skupaj s toplotnim padcem poveča izgubo svetlobnega toka. Toplotno povzročen izhodni padec spremlja sprememba barve. Ko se temperatura spoja LED dvigne, postane pasovna vrzel med prevodnim pasom in valenčnim pasom polprevodniških plasti ožja. Ker je valovna dolžina elektromagnetnega sevanja v vidnem območju določena s pasovno vrzeljo, bo vsak dvig temperature spoja za 10 °C povzročil en nanometer povečanje prevladujoče valovne dolžine LED. Posledično bo opazen barvni premik proti višjemu koncu spektra (rumeni premik), ko LED diode delujejo pri visoki temperaturi. Do barvnega premika pride tudi na fosforni plasti, ko ta deluje nad nivojem toka nasičenosti. Izguba kvantne učinkovitosti fosforja zaradi visoke Stokesove toplote vodi do modrega premika.
Delovanje pri visoki temperaturi v omejenem obdobju poslabša začasno učinkovitost in spektralno kakovost LED. Neprekinjeno delovanje LED diod nad najvišjo dovoljeno temperaturo na pn spoju lahko povzroči nepopravljivo poškodbo LED diod. Hitrost staranja LED je obratno sorazmerna s temperaturo na pn spoju. Vsako zvišanje temperature spoja za 10 °C bo povzročilo 30- do 50-odstotno zmanjšanje svetlosti v življenjski dobi. To trajno zmanjšanje svetlobne moči LED, ki jo pospeši visoka delovna temperatura, je znano kot amortizacija lumna. Povišane temperature bodo tudi pospešile proces razgradnje fosforne plasti na osnovi polimera. Razgradnja fosforja in karbonizacija polimera se končata s spremembo barve, ki je ni mogoče tolerirati pri LED osvetlitvi. Visoka temperatura spoja lahko povzroči visoko neusklajenost koeficienta toplotnega raztezanja (CTE) med matrico LED in embalažnimi materiali, kar pomembno vpliva na zanesljivost LED.
