La bioluminescenza in Noctiluca è causata da una reazione luciferina-luciferasi. La luciferina è una molecola che emette luce, mentre la luciferasi è un enzima che catalizza l'ossidazione della luciferina, determinando l'emissione di luce. Questa reazione avviene all'interno di strutture specializzate chiamate scintillons o fotociti presenti nel citoplasma delle cellule Noctiluca.

Quando una cellula Noctiluca viene stimolata da disturbi fisici, come le onde, l'agitazione meccanica o anche il movimento degli organismi vicini, innesca la reazione luciferina-luciferasi. Il meccanismo specifico di questa stimolazione non è completamente compreso, ma comporta cambiamenti nell’ambiente cellulare che causano un aumento della concentrazione degli ioni calcio (Ca2+).

L'aumento dei livelli di Ca2+ attiva l'enzima luciferasi, che poi catalizza l'ossidazione della luciferina per produrre luce. La luce emessa ha un caratteristico colore blu-verde ed è visibile di notte, conferendo a Noctiluca il suo bagliore bioluminescente.

Vale la pena notare che mentre i dettagli biochimici esatti possono differire leggermente tra le diverse specie di Noctiluca, il processo complessivo di bioluminescenza che coinvolge una reazione luciferina-luciferasi rimane coerente.