Bioluminiscerande djur kan hittas i minst ett halvdussin djurfila. Detta inkluderar självlysande cnidarians (maneter, koraller och havspennor), ctenophores (”kamgeléer”), leddjur (eldflugor, glödmaskar, vissa svampmyggor, tusenfotingar och tusenfotingar), vissa annelider, en art av snigel, marina blötdjur inklusive vissa musslor, nakensnäckor, bläckfiskar och bläckfiskar, olika fiskar, några spröda stjärnor, en grupp små kräftdjur, all krill, 65 svamparter, protister som kallas dinoflagellater och en stor familj av självlysande bakterier. De tre sista är egentligen inte självlysande djur, men de är självlysande organismer.
Bioluminescens förekommer hos vissa djur där kemisk energi (i form av ATP) omvandlas till ljusenergi, vanligtvis toppar runt en del av spektrumet, vilket gör det enfärgat. Grönt är den överlägset vanligaste färgen som används av marklevande självlysande djur, medan blått är den favoritfärgen bland självlysande djur i havet. Varje färg på spektrumet har ett självlysande djur eller protein associerat med det, men de flesta färger är ganska sällsynta. Skillnaden i gynnade färger på land och hav finns för att olika färger sticker ut i varje miljö, och de visuella systemen för djur i varje miljö är inställda på de lokala färgerna.
Det finns fem accepterade teorier om varför självlysande djur existerar. Dessa är att bioluminescens kan utföra funktionerna kamouflage, attraktion (av bytesdjur, rovdjur till blivande rovdjur och kompisar), avstötning i form av förvirring, kommunikation mellan bioluminescerande bakterier (kvorumsavkänning) och sällan belysning av bytesdjur ( används av Black Dragonfish). Det kan vara svårt att förklara varför vissa organismer är självlysande, medan för andra kan orsakerna vara uppenbara.
Till exempel, i vissa arter, som eldflugor, är bioluminescens så integrerad med organismen att den är en integrerad del av dess livsstil – eldflugelarver använder den för att stöta bort rovdjur, medan vuxna använder den för att locka till sig byten och signalera till kompisar. Slå på en glödlampa i ett insektsangripet område och du kommer att se fördelen med luminescens för att locka till sig byten. Eldflugor är extremt effektiva på att omvandla kemisk energi till ljus – de gör det med en effektivitet på 90%. Däremot är en typisk glödlampa bara 10 % effektiv.
En annan vanlig grupp av bioluminescerande organismer är bioluminescerande svampar. Dessa lyser grönt för att locka nattdjur för att hjälpa till med spridning av sporer.