螢火蟲有專門的發光細胞，在發光細胞中有兩類化學物質，一類被稱作熒光素（在螢火蟲中的稱為螢火蟲熒光素），另一類被稱為熒光素酶。熒光素能在熒光素酶的催化下消耗ATP ，並與氧氣發生反應，反應中產生激發態的氧化熒光素，當氧化熒光素從激發態回到基態時釋放出光子。反應中釋放的能量幾乎全部以光的形式釋放，只有極少部分以熱的形式釋放，反應效率為95%，甲蟲也因此而不會過熱灼傷。

螢火蟲發光的目的，早期學者提出的假設有求偶、溝通、照明、警示、展示及調節族群等功能；但是除了求偶、溝通之外，其它功能只是科學家觀察的結果，或只是臆測。直到近幾年，才有學者驗證了警示說：1999年，學者奈特等人發現，誤食螢火蟲成蟲的蜥蜴會死亡，證實成蟲的發光除了找尋配偶之外，還有警告其它生物的作用；學者安德伍德等人在1997年以老鼠做的試驗，證實幼蟲的發光對於老鼠具警示作用。 螢火蟲於夜晚的發光行為，以黑翅螢（Luciola cerata）為例，就目前的研究發現，多是在日落後，雄蟲開始在棲地上邊飛邊亮；在雄蟲開始活動不久後，雌蟲便開始出現於棲地周圍的高處（雌蟲也會發光，但只有發光器一節，雄蟲則有兩節發光器），從晚上7點一直到11點半左右，在其棲地可以見到成百成千的螢火蟲發光，但差不多在晚上11點半過後，成蟲便逐漸停止發光。而且雄蟲發光的頻率也有變化，並非整晚的發光頻率都一樣。