I det mörka vattnet nedanför den solbelysta zonen producerar många organismer sitt eget ljus. Bioluminescens är den kemiska produktionen av ljus av levande varelser, uppnådd genom reaktioner som involverar luciferiner och luciferasenzymer eller genom symbiotiska bakterier.

Ljuset kan fungera som ett lockbete för byten, en varningssignal, kamouflage mot det nedåtgående ljuset eller ett kommunikationsmedel. Djuphavsfiskar, maneter, bläckfiskar och otaliga planktoniska organismer blixtar, glöder eller släpper lös lysande moln. I ytvatten kan dinoflagellatblommor få vågorna att glittra på natten.

Fenomenet är betydligt vanligare i havet än på land. Studier av bioluminescens har gett verktyg för biomedicinsk forskning och inspirerat nya avbildningsmetoder. Dykare och ubåtspiloter beskriver ofta upplevelsen av att stimulera ett fält av glödande plankton som en av de mest minnesvärda synerna i havet.

Ett enda nätfångst från djupet kan innehålla dussintals självlysande arter.