發光二極管是一種特殊的二極管。和普通的二極管一樣，發光二極管由半導體芯片組成，這些半導體材料會預先透過注入或攙雜等工藝以產生p、n架構。與其它二極管一樣，發光二極管中電流可以輕易地從p極（陽極）流向n極（負極），而相反方向則不能。兩種不同的載流子：空穴和電子在不同的電極電壓作用下從電極流向p、n架構。當空穴和電子相遇而產生復合，電子會跌落到較低的能階，同時以光子的模式釋放出能量（光子也即是我們常稱呼的光）。

它所發出的光的波長（顏色）是由組成p、n架構的半導體物料的禁帶能量決定。由于硅和鍺是間接帶隙材料，在常溫下，這些材料內電子與空穴的復合是非輻射躍遷，此類躍遷沒有釋出光子，而是把能量轉化為熱能，所以硅和鍺二極管不能發光（在極低溫的特定溫度下則會發光，必須在特殊角度下才可發現，而該發光的亮度不明顯）。發光二極管所用的材料都是直接帶隙型的，因此能量會以光子形式釋放，這些禁帶能量對應著近紅外線、可見光、或近紫外線波段的光能量。