Los frutos de mandarina flegrea ya son conocidos por sus propiedades promotoras de la salud debido a la alta concentración de fitoquímicos en la cáscara, pulpa y semillas. Los factores bióticos y abióticos, incluida la luz, pueden modular su biosíntesis, metabolismo y acumulación. En este contexto, los diodos emisores de luz (LED) se han aplicado recientemente para controlar las características nutricionales, el proceso de maduración, la senescencia, la vida útil de los frutos y el deterioro microbiano patógeno de las frutas. Este estudio investigó el efecto de la exposición de siete días de los frutos de mandarina flegrea a dos regímenes de LED, blanco (W) y rojo-azul (RB), para probar la posibilidad de que el almacenamiento bajo longitudes de onda de luz específicas pueda utilizarse como tecnología de conservación verde que mejore las propiedades fitoquímicas de la fruta. Para perseguir este objetivo, se evaluaron y compararon la actividad antioxidante y el perfil polifenólico de la pulpa y la cáscara de las mandarinas bajo los regímenes de luz W y RB con los frutos de control no expuestos al tratamiento LED. Nuestros resultados indicaron que el almacenamiento bajo tratamientos W y RB modula el contenido antioxidante en la pulpa y la cáscara de manera diferente. En comparación con W, el régimen RB aumenta las concentraciones de ácido ascórbico, flavonoides, antocianinas y carotenoides, mientras que el análisis del perfil de polifenoles revela que el número de fitoquímicos importantes, es decir, quercetina rutinosido, ácido clorogénico, sinensetina y rutina, es mayor bajo W. Los datos en general demostraron que la irradiación LED postcosecha es una herramienta válida para modificar las propiedades fitoquímicas de la fruta, lo que también potencia compuestos bioactivos específicos.