La bioluminiscencia en Noctiluca es causada por una reacción luciferina-luciferasa. La luciferina es una molécula emisora ​​de luz, mientras que la luciferasa es una enzima que cataliza la oxidación de la luciferina, lo que resulta en la emisión de luz. Esta reacción tiene lugar dentro de estructuras especializadas llamadas centelleos o fotocitos presentes en el citoplasma de las células de Noctiluca.

Cuando una célula de Noctiluca es estimulada por perturbaciones físicas, como ondas, agitación mecánica o incluso el movimiento de organismos cercanos, desencadena la reacción luciferina-luciferasa. El mecanismo específico de esta estimulación no se comprende completamente, pero implica cambios en el entorno celular que hacen que los iones calcio (Ca2+) aumenten su concentración.

El aumento de los niveles de Ca2+ activa la enzima luciferasa, que luego cataliza la oxidación de la luciferina para producir luz. La luz emitida tiene un característico color azul verdoso y es visible de noche, lo que confiere a Noctiluca su brillo bioluminiscente.

Vale la pena señalar que, si bien los detalles bioquímicos exactos pueden diferir ligeramente entre las diferentes especies de Noctiluca, el proceso general de bioluminiscencia que implica una reacción luciferina-luciferasa sigue siendo consistente.