Koska suurin osa LED-vikamekanismeista on lämpötilariippuvaisia, puolijohteiden liitoksen lämpötila on pidettävä alhaisena hyvän suorituskyvyn ja luotettavuuden varmistamiseksi. Yleensä lämpöjärjestelmän suunnitteluun sisältyy käyttövirran, ympäristön käyttöolosuhteiden, kaikkien lämpöreitin varrella olevien komponenttien lämpöresistanssien ja niihin liittyvien rajapintaresistanssien huomioon ottaminen. LEDien käyttö suurilla käyttövirroilla ja korkeissa ympäristön lämpötiloissa valotehosta ja luotettavuudesta tinkimättä edellyttää lämmön tehokasta poistamista puolijohdeliitoksesta ympäröivään ympäristöön. Lämpöä virtaa aina korkeamman lämpötilan alueilta alhaisemman lämpötilan alueille, kunnes saavutetaan lämpötasapaino. Lämmönhallinnan tehtävänä on siis vähentää valaistusjärjestelmän lämpöimpedanssia. Lämpöimpedanssi on kokonaisvastuksen mitta lämmön virtaukselle lämpöreitillä. Se sisältää kaiken lämpövastuksen komponentti- ja liitäntätasoilla.
Tyypillinen LED-valaistusjärjestelmän lämpösuunnittelu koostuu paketti- ja järjestelmätason lämmönhallinnasta. Pakettitason lämmönhallinta käsittelee liitoksen ja alustan välisen lämmönkestävyyden sekä LED-valojen ja metalliytimisen painetun piirilevyn (MCPCB) välisen juotosliitännäisen lämmönluotettavuuden. Järjestelmätason lämmönhallinta hoitaa lämmönsiirron MCPCB:stä jäähdytyselementin kautta ympäröivään ympäristöön. Maksimoimaan lämpövirtaus MCPCB:stä jäähdytyselementtiin, lämpörajapintamateriaali (TIM), joka voi olla rasvaa, epoksia tai tyynyä, sijoitetaan näiden kahden komponentin väliin täyttämään rajapinnan ilmaraot ja aukot. Jäähdytyselementin tehtävänä on poistaa hukkalämpö MCPCB:stä mahdollisimman tehokkaasti ympäröivään ilmaan, jotta LED-pakkauksissa ei tapahdu lämpöä. Tätä varten jäähdytyselementin lämmönsiirtonopeuksien on oltava suurempia kuin kuormitusnopeus, jolla lämpöenergiaa tuodaan risteykseen.
