Биолюминесценция — видимое глазом свечение, свойственное некоторым живым существам, например жукам-светлякам, микробам, содержащимся в гнилушках, многим морским организмам и т. п. Для биолюминесценции характерно наличие специализированных систем, производящих непосредственное превращение химической энергии в свет. Интенсивность свечения при этом невелика — порядка сотых долей канделы (единица силы света); наибольшая интенсивность свечения зарегистрирована у жуков-светляков. Продолжительность свечения различных организмов варьируется от многих часов до коротких вспышек, измеряемых долями секунды. По спектральному составу биолюминесценция характеризуется максимумом в синей, голубой или (редко) красной областях видимой части спектра, встречается также белое свечение.
У многих биологических видов биолюминесценция возникает в результате процессов окисления особых веществ (называемых люциферинами) при участии ферментов — люцифераз. Для свечения при этом необходимы и другие компоненты: кислород, аденозинтрифосфат, ионы металлов переменной валентности. Состав люциферин-люциферазной системы у различных видов организмов неодинаков; свечение некоторых из них (например, определенных разновидностей медуз) может быть не связано с реакцией люциферин-люцифераза. У высших животных и человека способность к биолюминесценции отсутствует.
Сверхслабое свечение (второй вид биохемилюминесценции) свойственно, по-видимому, всем живым организмам — растениям и животным. Оно отличается чрезвычайно малой интенсивностью (10—100 квантов в 1 секунду на 1 квадратный сантиметр). Максимум этого вида свечения также находится в видимой части спектра, однако в связи с ничтожной силой света оно может быть обнаружено лишь при помощи специальных электронных приборов — фотоумножителей. Явление сверхслабого свечения было открыто лишь в нашем веке и стало интенсивно изучаться только в последние 20–25 лет.
Сверхслабое свечение сопровождает ряд биохимических процессов, главным образом окислительных, причем его способны испускать не только цельные ткани, но и отдельные клетки и их части. Большое значение при этом принадлежит так называемому свободно-радикальному самоокислению соединений липидной (жироподобной) природы, входящих в состав всех живых клеток.
Механизм возникновения сверхслабого свечения основан на взаимодействии свободных радикалов друг с другом (рекомбинации), при котором освобождается энергия, достаточная для возбуждения свечения в видимой части спектра. Однако лишь незначительная часть энергии идет на образование света, и вероятность этого процесса очень невелика, порядка 1 кванта на многие миллиарды актов рекомбинации. Этим и объясняется чрезвычайно низкая интенсивность свечения и принципиальная невозможность его усиления до величин, видимых глазом.