Nas águas escuras por baixo da zona iluminada pelo sol, muitos organismos produzem a sua própria luz. A bioluminescência é a produção química de luz pelos seres vivos, realizada através de reações que envolvem luciferinas e enzimas luciferase ou através de bactérias simbióticas.

A luz pode servir de isco para as presas, sinal de alerta, camuflagem contra a luz descendente ou meio de comunicação. Peixes de águas profundas, medusas, lulas e inúmeros organismos planctónicos piscam, brilham ou libertam nuvens luminosas. Nas águas superficiais, a proliferação de dinoflagelados pode fazer cintilar as ondas durante a noite.

O fenómeno é muito mais comum no oceano do que em terra. O estudo da bioluminescência forneceu ferramentas para a investigação biomédica e inspirou novos métodos de imagem. Os mergulhadores e os pilotos de submersíveis descrevem frequentemente a experiência de estimular um campo de plâncton bioluminescente como uma das visões mais memoráveis ​​do mar.

Uma única recolha de rede nas profundezas pode conter dezenas de espécies luminosas.