Da størstedelen af LED-fejlmekanismer er temperaturafhængige, skal halvlederforbindelsestemperaturen holdes lav for at sikre god ydeevne og pålidelighed. Generelt omfatter designet af et termisk system hensyntagen til drivstrømmen, den omgivende driftstilstand, de termiske modstande af alle komponenterne langs den termiske vej og alle de tilhørende grænseflademodstande. Drift af LED'er ved høje drivstrømme og høje omgivende temperaturer uden at gå på kompromis med lysudbyttet og pålideligheden kræver effektiv fjernelse af varme fra halvlederforbindelsen til det omgivende miljø. Varme strømmer altid fra områder med højere temperatur til områder med lavere temperatur, indtil en termisk ligevægt er nået. Opgaven for termisk styring er således at reducere den termiske impedans af belysningssystemet. Termisk impedans er et mål for den samlede modstand mod varmestrømmen langs en termisk bane. Det inkluderer al den termiske modstand på komponent- og grænsefladeniveauer.
Et typisk termisk design for et LED-belysningssystem består af termisk styring på pakkeniveau og systemniveau. Termisk styring på pakkeniveau håndterer den termiske modstand fra kryds og substrat og den termiske pålidelighed af loddeforbindelsen mellem LED'erne og metalkernet printkort (MCPCB). Termisk styring på systemniveau håndterer varmeoverførsel fra MCPCB'en gennem en køleplade til det omgivende miljø. For at maksimere varmestrømmen fra MCPCB'en til kølepladen anbringes et termisk grænseflademateriale (TIM), som kan være fedt, epoxy eller pude, mellem de to komponenter for at udfylde luftspalter og hulrum i grænsefladen. Kølepladens rolle med at trække spildvarmen fra MCPCB'en så effektivt som muligt til den omgivende luft, så der ikke opstår termisk opbygning i LED-pakkerne. For at gøre dette skal kølepladens termiske overførselshastigheder overstige den belastningshastighed, hvormed termisk energi indføres til krydset.
