在夜晚，沿着海的边缘，海洋有时像在发光，就像从里面被点燃一样。晚上航行的船只船尾的充满泡沫的轨迹也能闪闪发光。一条闪亮的轨迹有时表明了海豚和海狮在夜晚的姿态。这些观察不只是传说和神话的素材，也是生物发光的结果；许多浮游动物都具有生物发光的现象。生物发光是冷光通过生物学过程而产生的，而不是像磷光和荧光那样，是把起先从外界吸收的光再次散发出去。

现已知道许多海洋生物，包括鱿鱼、鞭毛虫、细菌、蠕虫、甲壳动物和鱼都能发光，海洋生物发光的机制与普通的萤火虫相似，也类似于夜晚十分常见的能使塑料的发光小棍产生绿光的机制。当这种小棍弯曲的时候，两种化学物质的混合、反应产生第三种能发光的物质。生物发光所采用的机制本质上都是一样的：它们都有一种叫做虫荧光素的物质，当荧光素酶存在时，这种物质能与氧气反应。当反应结束时，一种新的能发光的分子形成了——在水下世界里这种光为闪烁的蓝绿光。这种生物学上的化学反应发生在生物体内特殊的发光细胞——光细胞内或特殊的发光器官——发光器内。有些生物的发光器是简单的杯状腺体，而有些则具有更为复杂的结构，如可用来聚焦的透镜，一个滤色镜，或一个可调节的阀瓣——一种类似于开关的结构。也许鱿鱼的发光系统是这些发光系统中最为复杂的一个。一些鱿鱼的外皮内既具有发光器又具有色素胞（用来改变色彩的器官），因而它们既能控制所产生的光的强度又能控制所产生的色彩。最近的研究表明，在一些鱼类和鱿鱼中，在其发光器官内共生的细菌能发光。

生物发光的机制和原因尚不清楚，但在这片水下王国里，生物发光却以独特、有趣的方式被利用着。生物发光最常见的形式是产生微小火花，它能使移动的物体产生彗星般的轨迹。这几乎都是鞭毛虫因水流运动而发生反应的结果。这段相对短的、几乎是一瞬间的发光能使可能的捕食者震惊，分散注意力，甚至受到惊吓。从大洋深处带上来的收集网从很远处看经常发出绿色的光，渐渐的这些来自网内生物（大多是胶体动物）的绿色光团的光强慢慢减弱。这种类型的光能用来吓晕猎物，使之失去方向感，或是诱惑猎物。就像被汽车的车头灯吓的惊慌失措的小鹿一样，生活与黑暗中的海下生物也可能被瞬间闪过的生物光弄得一时难以辨别方向。海洋中另一种能发光的生物是一种称为Sapphrinairis的小型桡足生物。这种生物在水中产生短促的十分鲜艳的天蓝色的闪光。但它们在显微镜下的样子更为壮观：这种活的桡足生物看上去就像是由手工精心制作的，一条条五彩缤纷的染色玻璃构成的。在深海中，有些鱼类的口旁还悬挂有发光物或具有一块发光的皮肤。用来引逗不期而遇的猎物。

有些海洋生物既有感光器官又有发光器官。这些生物被认为是把生物发光作为一种互相交流和识别合适的配偶的一种方式。灯笼鱼的发光器官的形态是区分种与种间的标志。在其他的鱼类中，生物发光能帮助分雌雄。鱿鱼用光来作为一种伪装。借助于它身体下面的发光器所产生的光，鱿鱼能使自己与上面的光融合在一起，从而使其对于下面的捕食者来说几乎是不可见的。已知鱿鱼和其他的一些胶体浮游动物，能释放发光云团和一股股的有机物，也许是作为一种帮助逃脱的伎俩。最终，因为许多透明的深海生物所吃的都是发光的生物，它们都有红色的或黑色的肚子来掩藏它们摄取的、由具有生物发光性的生物所组成的、具有潜在发光性的猎物。假如没有这个黑内障的肚子，它们的消化器官就会像霓虹灯一样 ，似乎在说：“吃我吧，吃我吧！”