Los animales bioluminiscentes se pueden encontrar en al menos media docena de filos de animales. Esto incluye cnidarios bioluminiscentes (medusas, corales y plumas de mar), ctenóforos («medusas de peine»), artrópodos (luciérnagas, luciérnagas, ciertos mosquitos, milpiés y ciempiés), ciertos anélidos, una especie de caracol, moluscos marinos. incluyendo ciertas almejas, nudibranquios, pulpos y calamares, varios peces, algunas estrellas quebradizas, un grupo de pequeños crustáceos, todos krill, 65 especies de hongos, protistas llamados dinoflagelados y una gran familia de bacterias bioluminiscentes. Los últimos tres no son en realidad animales bioluminiscentes, pero son organismos bioluminiscentes.
La bioluminiscencia ocurre en ciertos animales donde la energía química (en forma de ATP) se convierte en energía luminosa, usualmente alcanzando su punto máximo alrededor de una porción del espectro, convirtiéndola en un color. El verde es, con mucho, el color más común utilizado por los animales bioluminiscentes terrestres, mientras que el azul es el color preferido entre los animales bioluminiscentes del mar. Cada color del espectro tiene un animal bioluminiscente o una proteína asociada, pero la mayoría de los colores son bastante raros. La diferencia en los colores favorecidos en la tierra y el mar existe porque en cada ambiente se destacan diferentes colores, y los sistemas visuales de los animales en cada ambiente están sintonizados con los colores locales.
Hay cinco teorías aceptadas sobre por qué existen los animales bioluminiscentes. Estos son que la bioluminiscencia puede realizar las funciones de camuflaje, atracción (de presas, depredadores de posibles depredadores y parejas), repulsión por medio de confusión, comunicación entre bacterias bioluminiscentes (detección de quórum) y, en raras ocasiones, la iluminación de presas ( utilizado por el pez dragón negro). Puede ser difícil explicar por qué ciertos organismos son bioluminiscentes, mientras que con otros, las razones pueden ser obvias.
Por ejemplo, en algunas especies, como las luciérnagas, la bioluminiscencia está tan integrada con el organismo que es una parte integral de su estilo de vida: las larvas de luciérnagas la usan para repeler a los depredadores, mientras que los adultos la usan para atraer presas y enviar señales a sus parejas. Encienda una bombilla en un área infestada de insectos y verá el beneficio de la luminiscencia para atraer presas. Las luciérnagas son extremadamente eficientes para convertir la energía química en luz; lo hacen con una eficiencia del 90%. Por el contrario, una bombilla incandescente típica tiene solo un 10% de eficiencia.
Otro grupo común de organismos bioluminiscentes son los hongos bioluminiscentes. Estos brillan en verde para atraer a los animales nocturnos y ayudar en la dispersión de las esporas.