Bioluminescentie in Noctiluca wordt veroorzaakt door een luciferine-luciferasereactie. Luciferine is een lichtgevend molecuul, terwijl luciferase een enzym is dat de oxidatie van luciferine katalyseert, wat resulteert in de emissie van licht. Deze reactie vindt plaats binnen gespecialiseerde structuren die scintillons of fotocyten worden genoemd en die aanwezig zijn in het cytoplasma van Noctiluca-cellen.

Wanneer een Noctiluca-cel wordt gestimuleerd door fysieke verstoringen, zoals golven, mechanische opwinding of zelfs de beweging van nabijgelegen organismen, veroorzaakt dit de luciferine-luciferase-reactie. Het specifieke mechanisme van deze stimulatie is nog niet volledig bekend, maar het gaat om veranderingen in de cellulaire omgeving die ervoor zorgen dat de concentratie van calciumionen (Ca2+) toeneemt.

De verhoogde Ca2+-niveaus activeren het luciferase-enzym, dat vervolgens de oxidatie van luciferine katalyseert om licht te produceren. Het uitgestraalde licht heeft een karakteristieke blauwgroene kleur en is 's nachts zichtbaar, waardoor Noctiluca zijn bioluminescente gloed krijgt.

Het is vermeldenswaard dat hoewel de exacte biochemische details enigszins kunnen verschillen tussen de verschillende Noctiluca-soorten, het algehele proces van bioluminescentie waarbij een luciferine-luciferase-reactie betrokken is, consistent blijft.