En las oscuras aguas que se encuentran bajo la zona iluminada por el sol, muchos organismos producen su propia luz. La bioluminiscencia es la producción química de luz por parte de seres vivos, lograda mediante reacciones que involucran enzimas luciferinas y luciferasas o a través de bacterias simbióticas.

La luz puede servir como señuelo para las presas, señal de advertencia, camuflaje contra la luz descendente o medio de comunicación. Peces de aguas profundas, medusas, calamares e innumerables organismos planctónicos emiten destellos, brillan o liberan nubes luminosas. En aguas superficiales, las floraciones de dinoflagelados pueden hacer que las olas resplandezcan por la noche.

Este fenómeno es mucho más común en el océano que en tierra firme. El estudio de la bioluminiscencia ha proporcionado herramientas para la investigación biomédica e inspirado nuevos métodos de imagen. Los buceadores y pilotos de sumergibles suelen describir la experiencia de estimular un campo de plancton luminiscente como una de las imágenes más memorables del mar.

Una sola red extraída de las profundidades puede contener docenas de especies luminiscentes.