Связан с разогревом перехода при прохождении обратного тока в условиях, когда тепловыделение не компенсируется теплоотводом. Обратный ток резко возрастает с температурой. Это значительно уменьшает энергию ионизации атомов, что в свою очередь вызывает увеличение тока. При увеличении температуры больше , подобный лавинному полупроводник выгорает. Отличительным свойством теплового пробоя является наличие участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением (см. рис.)