Bioluminiscentne životinje mogu se naći u najmanje pola tuceta životinjskih vrsta. To uključuje bioluminiscentne cnidarije (meduze, koralji i morske olovke), ctenofore („žele za češalj“), člankonošce (krijesnice, svjetleće crve, određene gljivične gljivice, stonoge i stonoge), određene annelide, jednu vrstu puževa, morske mekušce uključujući određene školjke, gologrančice, hobotnice i lignje, razne ribe, neke krhke zvijezde, skupinu malih rakova, sav kril, 65 vrsta gljiva, protiste zvane dinoflagelati i veliku obitelj bioluminiscentnih bakterija. Posljednje tri zapravo nisu bioluminiscentne životinje, ali su bioluminiscentni organizmi.
Bioluminiscencija se javlja kod određenih životinja gdje se kemijska energija (u obliku ATP-a) pretvara u svjetlosnu energiju, obično dostižući vrhunac oko jednog dijela spektra, čineći ga jednobojnim. Zelena je daleko najčešća boja koju koriste kopnene bioluminiscentne životinje, dok je plava omiljena boja među bioluminiscentnim životinjama u moru. Svaka boja u spektru ima bioluminiscentnu životinju ili protein povezan s njom, ali većina boja je prilično rijetka. Razlika u preferiranim bojama na kopnu i moru postoji jer se u svakom okolišu ističu različite boje, a vizualni sustavi životinja u svakom okolišu prilagođeni su lokalnim bojama.
Postoji pet prihvaćenih teorija o tome zašto postoje bioluminiscentne životinje. To su da bioluminiscencija može obavljati funkcije kamuflaže, privlačnosti (plijena, grabežljivaca potencijalnih grabežljivaca i partnera), odbijanja putem zbrke, komunikacije između bioluminiscentnih bakterija (prepoznavanje kvoruma), i rijetko, osvjetljavanja plijena ( koju koristi crna zmajeva riba). Može biti teško objasniti zašto su neki organizmi bioluminiscentni, dok kod drugih razlozi mogu biti očigledni.
Na primjer, kod nekih vrsta, poput krijesnica, bioluminiscencija je toliko integrirana u organizam da je sastavni dio njegovog životnog stila – ličinke krijesnica koriste je za odbijanje grabežljivaca, dok je odrasle osobe koriste za privlačenje plijena i signaliziranje parovima. Upalite žarulju na području zaraženom kukcima i vidjet ćete prednosti luminescencije za privlačenje plijena. Krijesnice su iznimno učinkovite u pretvaranju kemijske energije u svjetlo — one to rade s učinkovitošću od 90%. Nasuprot tome, tipična žarulja sa žarnom niti je učinkovita samo 10%.
Druga uobičajena skupina bioluminiscentnih organizama su bioluminiscentne gljive. Oni svijetle zeleno kako bi privukli noćne životinje kako bi pomogli u širenju spora.