Com que la majoria dels mecanismes de fallada del LED depenen de la temperatura, la temperatura de la unió dels semiconductors s'ha de mantenir baixa per garantir un bon rendiment i fiabilitat. En general, el disseny d'un sistema tèrmic inclou la consideració del corrent d'accionament, les condicions ambientals de funcionament, les resistències tèrmiques de tots els components al llarg del camí tèrmic i totes les resistències d'interfície associades. El funcionament dels LED a corrents d'accionament elevats i temperatures ambientals elevades sense comprometre la sortida de llum i la fiabilitat requereix l'eliminació eficient de la calor de la unió dels semiconductors a l'entorn ambiental. La calor sempre flueix de regions de temperatura més alta a regions de temperatura més baixa fins que s'aconsegueix un equilibri tèrmic. Així, la tasca de la gestió tèrmica és reduir la impedància tèrmica del sistema d'il·luminació. La impedància tèrmica és la mesura de la resistència total al flux de calor al llarg d'un camí tèrmic. Inclou tota la resistència tèrmica a nivell de components i interfície.
Un disseny tèrmic típic d'un sistema d'il·luminació LED consisteix en una gestió tèrmica a nivell de paquet i de sistema. La gestió tèrmica a nivell de paquet gestiona la resistència tèrmica entre la unió i el substrat i la fiabilitat tèrmica de la interconnexió de soldadura entre els LED i la placa de circuit imprès de nucli metàl·lic (MCPCB). La gestió tèrmica a nivell de sistema gestiona la transferència de calor des del MCPCB a través d'un dissipador de calor a l'entorn circumdant. Per maximitzar el flux de calor des del MCPCB fins al dissipador de calor, es col·loca un material d'interfície tèrmica (TIM), que pot ser un greix, epoxi o coixinet, entre els dos components per omplir els buits i buits d'aire interfacial. El paper del dissipador de calor per extreure la calor residual del MCPCB de la manera més eficient possible a l'aire ambient perquè no es produeixi cap acumulació tèrmica dins dels paquets LED. Per fer-ho, les velocitats de transferència tèrmica del dissipador de calor han de superar la velocitat de càrrega a la qual s'introdueix l'energia tèrmica a la unió.
