萤火虫在进行生物发光时需要有D―萤光素、萤光素酶、腺苷三磷酸(回ATP)、两价镁离子(Mg2+)和氧等物质答存在。但是,天然萤光素的对映体,即L萤光素却不发光。这种发光反应中的化学变化,可以通过其它化学发光物质,以及萤光素的模拟化合物的发光机理来类推。现在认为它是按照下面的方式来发光的。
反应的第一步是萤光素在Mg2+的存在下,受萤光素酶的作用,与ATP反应,生成萤光素腺耷酸和焦磷酸。接着,萤光素腺苷酸进一步在萤光素酶的作用下,与分子氧反应,生成氢过氧化物阴离子,这种阴离子即按照发光反应第一步的途径,生成含有萤光素腺昔酸和焦磷油的二氧四环的化合物,由于这种化合物是一种能量很高的不稳定的化合物,所以它很快分解,放出二氧化碳,生成一种羰基化合物。这时羰基化合物是处于一种激发状态中。通过模拟实验的结果表明,它直接发出来的光是红光,而实际上萤火虫发出来的光之所以是黄绿色,乃是由羰基化合物再脱掉一个质子后生成的阴离子所发的光。