在陽光照射層下方的黑暗水域中，許多生物能夠自行發光。生物發光是指生物體透過化學方式產生光，這種發光現像是透過涉及螢光素和螢光素酶的反應，或透過共生細菌實現的。

這種光可以作為誘餌吸引獵物、發出警告信號、偽裝以躲避下射光，或作為一種交流方式。深海魚類、水母、魷魚和無數浮游生物會閃爍、發光或釋放發光雲。在表層水域，甲藻的大量繁殖可以讓海浪在夜間閃閃發光。

這種現像在海洋中比在陸地上更為常見。對生物發光的研究為生物醫學研究提供了工具，並啟發了新的影像方法。潛水員和潛水器駕駛員常常將刺激發光浮游生物群落的經驗描述為海洋中最令人難忘的景象之一。

從深海捕撈上來的一張網可能包含數十種發光物種。