El tomate (L. cv. Zhongza NO. 9) se utilizó como material experimental para investigar los efectos de la iluminación suplementaria nocturna con LED con una densidad de flujo de fotones fotosintéticos (PPFD) de 100, 200, 300 mol·m·s, y un tiempo de luz de 1, 2 h en la calidad de plántulas en un ambiente controlado, con plántulas sin iluminación suplementaria nocturna sirviendo como control. Los resultados demuestran que un aumento en el PPFD por la noche mejora progresivamente la altura de la planta y el número de hojas de las plántulas de tomate, mientras que el diámetro del tallo y el área foliar aumentan inicialmente y luego disminuyen. Aunque el tiempo de luz y el período de luz por la noche no afectaron significativamente la morfología de las plántulas, el PPFD y el tiempo de luz influenciaron notablemente el contenido de clorofila y la tasa fotosintética neta. Una cantidad óptima de energía lumínica por la noche aumentó la capacidad fotosintética. Sin embargo, un PPFD excesivo indujo fotoinhibición en las hojas. Además, una iluminación suplementaria nocturna apropiada con LED mejoró significativamente la capacidad antioxidante de las plántulas, aumentó el contenido de prolina, redujo el contenido de malondialdehído y fortaleció los mecanismos de autoprotección de las plántulas contra el estrés lumínico nocturno. Tanto el PPFD como el tiempo de luz por la noche promovieron la acumulación de biomasa en las plántulas de tomate. Específicamente, cuando la iluminación suplementaria se aplicó durante 2 h a una intensidad de 200 mol·m·s, tanto el peso fresco como el seco del tallo y la raíz aumentaron significativamente, y el índice de salud de las plántulas fue el más alto. Por lo tanto, una iluminación suplementaria nocturna apropiada con LED impacta positivamente el índice de salud y la acumulación de fotosintatos de las plántulas de tomate, pero es esencial controlar el PPFD para evitar la fotoinhibición.