Se conoce como bioluminiscencia a la producción de luz de ciertos organismos vivos. Es un fenómeno muy extendido en todos los niveles biológicos: bacterias, hongos, protistas unicelulares, celentéreos, gusanos, moluscos, cefalópodos, crustáceos, insectos, equinodermos, peces.

La bioluminiscencia es un fenómeno relativamente frecuente en bastantes especies marinas; las últimas estimaciones consideran que hasta un 90% de los seres vivos que habitan en la porción media y abisal de los mares podrían ser capaces de producir luz de un modo u otro. En hábitats terrestres la bioluminiscencia no es tan común. La luz emitida por el pescado o la carne en descomposición se debe a bacterias mientras que la de la madera muerta se debe tanto a bacterias como a los micelios de ciertos hongos. En el mar existen bacterias libres como Bacterium phosphorescens (Fischer, 1888) o la especie del mar Báltico Vibrium balticum. Otras muchas bacterias bioluminiscentes viven como parásitos o en simbiosis con otros animales.

Recientemente (25 de enero de 2005) fue fotografiada, a través de un satélite de la NASA, una extensa zona bioluminiscente en el océano Índico, confirmando la existencia del mar de ardora.

En algunas especies sirve como referencias sexuales y ayudas en el emparejamiento (el caso de las luciérnagas); en otras funcionan a modo de cebo (como en el caso de algunos pejesapos) y en otras como defensas para confundir a los depredadores (algunos cefalópodos y gusanos del género Phrixothrix). Sin embargo, la función de la bioluminiscencia, que en ocasiones supone un consumo importante de la energía del organismo, no parece tener un objetivo definido, no siempre es oscuro.

La producción de bioluminiscencia en los animales es un proceso químico complejo en el que la oxidación de un sustrato de proteína luciferina es catalizado por la enzima luciferasa. La luciferina acompañada de la enzima luciferasa, la molécula energética ATP y el oxígeno genera la luz bioluminiscente. La combinación entre la luciferina y el oxígeno provoca la oxidación de la luciferina dando lugar a la oxiluciferina. Esta reacción necesita del ATP para generar moléculas de oxiluciferina en estado excitado. Posteriormente los átomos de oxiluciferina vuelven a su estado fundamental generando luz visible. Esta reacción se produciría en todos los casos sin la necesidad de la presencia de la luciferasa, sin embargo en el mundo animal la bioluminiscencia debe producirse en cuestión de segundos ya que en la mayoría de casos se usa como sistema de defensa. Por esa razón se requiere la enzima luciferasa que hace que la reacción sea mucho más rápida.

Por otro lado cabe destacar que la luciferina cambia según el organismo. Esa es la razón de que el color de la luz que se produce en la bioluminiscencia sea diferente según la especie. En todas las especies animales investigadas hasta hace poco tiempo, los colores se encontraban en la sección visible del espectro y siempre va del verde al azul. Cuando se observaban otros colores se debían a la alteración del tono original mediante diversos órganos que actuaban como filtros o superficies reflectantes distorsionadoras. Sin embargo, recientemente se han descubierto especies como en la medusa abisal Periphylla periphylla que puede producir tonalidades rojizas.

La radiación bioluminiscente se compone habitualmente de entre un 69% y un 90% de luz fría y entre un 10% y un 20% de emisión de calor, aunque hay ciertos estudios que hacen estimaciones cercanas al 100% de luz fría.