In de donkere wateren onder de zonovergoten zone produceren veel organismen hun eigen licht. Bioluminescentie is de chemische productie van licht door levende wezens, die plaatsvindt via reacties waarbij luciferinen en luciferase-enzymen betrokken zijn, of via symbiotische bacteriën.

Het licht kan dienen als lokmiddel voor prooien, een waarschuwingssignaal, camouflage tegen het neerwaartse licht of een communicatiemiddel. Diepzeevissen, kwallen, inktvissen en talloze planktonorganismen flitsen, gloeien of laten lichtgevende wolken los. In oppervlaktewateren kunnen dinoflagellatenbloei de golven 's nachts doen fonkelen.

Het fenomeen komt veel vaker voor in de oceaan dan op het land. De studie van bioluminescentie heeft geleid tot nieuwe instrumenten voor biomedisch onderzoek en heeft inspiratie geboden voor nieuwe beeldvormingsmethoden. Duikers en onderzeebootpiloten beschrijven de ervaring van het stimuleren van een veld met gloeiend plankton vaak als een van de meest memorabele beelden in de zee.

Een enkele netvangst uit de diepte kan tientallen lichtgevende soorten bevatten.