Si lo sacó del bolso y estaba tan caliente yo veo más probable que dejó el teléfono en el bolso dentro del coche o algo de eso y al sol y bueno, es bastante probable que se caliente más de la cuenta. Por eso en el manual de instrucciones no recomiendan dejar el teléfono al sol, en el coche y esas cosas.
Si no es el caso, pues no sabría que decir. Me extraña que una aplicación en segundo plano haga eso, puesto que el propio procesador debería tener la capacidad de sacar un proceso que se queda pillado en bucle infinito. Pero bueno, quizás un cuelgue raro si que pudo dejar una aplicación usando la CPU al 100% durante demasiado tiempo y de ahí el sobrecalentamiento.