L’enzyme qui agit conjointement avec l’ATP pour produire la bioluminescence est appelée luciférase. La luciférase est une photoprotéine qui catalyse l'oxydation de la luciférine, une petite molécule organique, en présence d'oxygène et d'ATP. Cette réaction produit de l’énergie lumineuse, qui est émise sous forme de bioluminescence.