Trong vùng nước tối tăm bên dưới khu vực được chiếu sáng bởi mặt trời, nhiều sinh vật tự tạo ra ánh sáng cho chính mình. Phát quang sinh học là quá trình sản sinh ánh sáng bằng phản ứng hóa học của các sinh vật sống, đạt được thông qua các phản ứng liên quan đến luciferin và enzyme luciferase hoặc thông qua vi khuẩn cộng sinh.

Ánh sáng có thể đóng vai trò như mồi nhử con mồi, tín hiệu cảnh báo, ngụy trang trước ánh sáng chiếu xuống hoặc phương tiện giao tiếp. Cá biển sâu, sứa, mực và vô số sinh vật phù du khác phát sáng, tỏa sáng hoặc giải phóng những đám mây phát quang. Ở vùng nước mặt, hiện tượng nở hoa của tảo dinoflagellate có thể làm cho sóng biển lấp lánh vào ban đêm.

Hiện tượng này phổ biến hơn nhiều ở đại dương so với trên đất liền. Nghiên cứu về phát quang sinh học đã cung cấp các công cụ cho nghiên cứu y sinh và truyền cảm hứng cho các phương pháp hình ảnh mới. Các thợ lặn và phi công tàu ngầm thường mô tả trải nghiệm kích thích một vùng sinh vật phù du phát sáng là một trong những cảnh tượng đáng nhớ nhất trên biển.

Một lần kéo lưới từ biển sâu có thể chứa hàng chục loài sinh vật phát sáng.