Mọi thiết bị điện tử đều có cấu tạo và nguyên lý hoạt động riêng khác biệt, kể cả đèn LED siêu tiết kiệm điện cũng vậy. Không như những loại đèn thông thường, đèn LED được đánh giá có cấu tạo phức tạp hơn nhiều; nhưng thành phần cấu tạo nên nó vô cùng đơn giản, an toàn và thân thiện với người sử dụng.

vì:

LED hoạt động dựa trên công nghệ bán dẫn. Nguyên lý hoạt động của nó giống với nhiều loại điốt bán dẫn khác. Trong khối bán dẫn có hai cực loại p và loại n. Trong đó khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương; nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển động khuyếch tán sang khối n. Đồng thời khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang. Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử); trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).

Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút; và khi chúng ở gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng; (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó).

Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED)hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn; LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5V đến 3V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao. Do đó LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra.