是一種藉外加電壓激發電子而放射出光(電能→光)的光電半導體元件。發光現象屬半導體中的直接發光(沒有第三質點的介入)。整個發光現象可分為三個過程(直接發光)：
價電帶的電子受外來的能量(順向偏壓)，被激發至導電帶，並同時於價電帶遺留一個電洞，形成電子-電洞對。 受激發的電子於導電帶中，與其它質點碰撞(散射)，損失部份能量，而接近導電帶邊緣。 一旦導電帶邊緣的電子於價電帶覓得電洞時，電子即從導電帶邊緣，經由陷阱中心(釋放熱能)或發光中心(釋放光能)，回到價電帶與電洞復合，電子-電洞對消失。
因為LED主要是電子經由發光中心與電洞復合而發光，所以是一種微細的固態光源，不但體積小、壽命長、驅動電壓低、反應速率快、耐震性特佳，而且能夠配合輕、薄和小型化之應用設備的需求，成為日常生活中十分普遍的產品。
利用各種化合物半導體材料及元件結構之變化，設計出不同的LED。依其發光波長分為可見光、不可見光(紅外光、紫外光)。
可見光：有紅、橙、黃、綠、藍、紫等各種顏色，主要以顯示用途為主。又以亮度1燭光 (cd) 作為一般亮度和高亮度之分界點。一般亮度LED廣泛應用於各種室內顯示用途；高亮度LED則適合於戶外顯示，如：汽車第三煞車燈、戶外資訊看板和交通號誌等。 不可見光：短波長紅外光可作為紅外線無線通訊使用；長波長紅外光則使用在中、短距離光纖通訊上，作為光通訊用光源。
使用的材料基本上已大致決定LED所釋出的波長，其中，適合製作1000mcd以上之高亮度LED的材料，由長波長而短波長，分別為AlGaAs（砷化鋁鎵）、AlGaInP（磷化鋁銦鎵）及GaInN（氮化銦鎵）等。
AlGaAs（砷化鋁鎵）適合於製造高亮度紅光及紅外線LED，主要以液相磊晶(LPE)法進行量產，使用雙異質接面構造(DH)為主，但因為須製作AlGaAs基板，技術的困難度很高，故投資開發的廠商較少。 AlGaInP（磷化鋁銦鎵）適合於高亮度紅、橘、黃及黃綠光LED，主要以金屬有機氣相磊晶(MOVPE)法進行量產，使用雙異質接面(DH)及量子井(QW)構造，效率更為提高。且由於AlGaInP紅光LED在高溫與高溼環境下，其壽命試驗結果優於AlGaAs紅光LED，未來有成為紅光LED主流的趨勢。
GaInN（氮化銦鎵）適合於高亮度深綠、藍、紫及紫外光LED，以高溫的金屬有機氣相磊晶(MOVPE)法進行量產，也採用雙異質接面 (DH)及量子井(QW) 構造，效率比前述的 AlGaAs、AlGaInP 更高。全球各大廠均已積極投入相關材料元件技術之研發，並有所突破。
白光LED，乃是日本日亞公司利用藍光LED加上黃色螢光材料構成的，其光電轉換效率於 1998年4月已提昇至15流明/瓦，比傳統燈泡略高，若以常見照明燈具之開發歷程來看，白光LED極有機會成為未來於照明產業之明星產品。
LED設計之初，主要是利用於家用電器品顯示器，廣告看板或裝飾用。但由於其具有固定波長及操作方便等特點，已逐漸利用於植物生產研究上。1987年開始有學者利用LED固定波長特性，應用在植物向地性，型態改變及病害發生上的研究。日本千葉大學古在（Kozai）教授研究室將其應用在組織瓶苗的生產研究上。預計未來在光研究上將有極大應用價值。當然，目前LED亮度和價格仍未達實用化階段，不過，由於極具市場潛力，各方面研究正急速的展開，LED勢必成為提供植物生長的新興光源。
