發光機理的研究表明，不同種類的發光細菌的發光機理是相同的，是由特異性的熒光酶（LE）、還原性的黃素（FMNH2）、八碳以上長鏈脂肪醛（RCHO）、氧分子（02）所參與的復雜反應，大致歷程如下：
FM NH2+LE → FMNH2·LE+ O2 → LE·FM NH2·O2
+ RCH O →LE·FMNH2·O2·RCH0 → LE+ FM N +H2O+RCOOH+光
概括的說就是，細菌生物發光反應是由分子氧作用，胞內熒光酶催化，將還原態的黃素單核苷酸（FMNH2）及長鏈脂肪醛氧化為FMN 及長鏈脂肪酸氧化，同時釋放出最大發光強度在波長為450-490nm處的藍綠光。其中三步反應產生三種中間產物，壽命極短，很難分離出來。
熒光素酶是生物體內催化熒光素或脂肪醛氧化發光的一類酶的總稱，細菌熒光素酶是含α、β兩個多肽亞基的單加氧酶，只有兩個亞基共存時才有活性。從不同海洋細菌中提取到的細菌熒光素酶其分子量差別較小。王安平等分離純化了東方弧菌的熒光酶并對其酶學性質進行了研究，分離得到了兩個分子量分別為44 kD和41 kD的亞基，該酶反應的最佳溫度在l8℃ ，超過25℃酶即迅速失活。