发光二极体是一种特殊的二极体。和普通的二极体一样，发光二极体由半导体晶片组成，这些半导体材料会预先透过注入或搀杂等工艺以产生p、n架构。与其它二极体一样，发光二极体中电流可以轻易地从p极(阳极)流向n极(负极)，而相反方向则不能。两种不同的载流子:空穴和电子在不同的电极电压作用下从电极流向p、n架构。当空穴和电子相遇而产生复合，电子会跌落到较低的能阶，同时以光子的模式释放出能量(光子也即是我们常称呼的光)。

它所发出的光的波长(颜色)是由组成p、n架构的半导体物料的禁带能量决定。由於矽和锗是间接带隙材料，在常温下，这些材料内电子与空穴的复合是非辐射跃迁，此类跃迁没有释出光子，而是把能量转化为热能，所以矽和锗二极体不能发光(在极低温的特定温度下则会发光，必须在特殊角度下才可发现，而该发光的亮度不明显)。发光二极体所用的材料都是直接带隙型的，因此能量会以光子形式释放，这些禁带能量对应著近红外线、可见光、或近紫外线波段的光能量。

发展初期，采用砷化镓(GaAs)的发光二极体只能发出红外线或红光。随著材料科学的进步，各种颜色的发光二极体，现今皆可制造。