Animalele bioluminescente pot fi găsite în cel puțin o jumătate de duzină de animale. Acestea includ cnidarii bioluminescenți (meduze, corali și țarcuri de mare), ctenofori („jeleuri de pieptene”), artropode (licurici, viermi strălucitori, anumite mușcăruri ciuperci, milipede și centipede), anumite anelide, o specie de melci, moluște marine. inclusiv anumite scoici, nudibranhie, caracatițe și calmari, diverși pești, câteva stele fragile, un grup de crustacee mici, tot krill, 65 de specii de ciuperci, protisti numite dinoflagelate și o familie mare de bacterii bioluminescente. Ultimele trei nu sunt de fapt animale bioluminiscente, dar sunt organisme bioluminiscente.
Bioluminiscența apare la anumite animale în care energia chimică (sub formă de ATP) este convertită în energie luminoasă, de obicei atinge vârful în jurul unei porțiuni a spectrului, făcându-l o culoare. Verdele este de departe cea mai comună culoare folosită de animalele bioluminescente terestre, în timp ce albastrul este culoarea favorită printre animalele bioluminescente din mare. Fiecare culoare din spectru are un animal bioluminiscent sau o proteină asociată cu ea, dar majoritatea culorilor sunt destul de rare. Diferența de culori preferate pe uscat și pe mare există deoarece culori diferite ies în evidență în fiecare mediu, iar sistemele vizuale ale animalelor din fiecare mediu sunt reglate la culorile locale.
Există cinci teorii acceptate cu privire la motivul pentru care există animale bioluminescente. Acestea sunt că bioluminiscența poate îndeplini funcțiile de camuflaj, atracție (de pradă, prădători ai potențiali prădători și pereche), respingere prin confuzie, comunicare între bacterii bioluminescente (sensing cvorum) și, rar, iluminarea prăzii ( folosit de peștele-dragon negru). Poate fi greu de explicat de ce anumite organisme sunt bioluminiscente, în timp ce în cazul altora, motivele pot fi evidente.
De exemplu, la unele specii, cum ar fi licuricii, bioluminiscența este atât de integrată cu organismul încât este o parte integrantă a stilului său de viață – larvele de licurici o folosesc pentru a respinge prădătorii, în timp ce adulții o folosesc pentru a atrage prada și a semnala perechelor. Aprindeți un bec într-o zonă infestată de insecte și veți vedea beneficiile luminiscenței pentru a atrage prada. Licuricii sunt extrem de eficienți în transformarea energiei chimice în lumină – o fac cu o eficiență de 90%. În schimb, un bec cu incandescență tipic are o eficiență de numai 10%.
Un alt grup comun de organisme bioluminiscente sunt ciupercile bioluminescente. Acestea strălucesc în verde pentru a atrage animalele nocturne pentru a ajuta la dispersarea sporilor.