Luciferase adalah nama sebuah enzim yang bisa memendarkan cahaya. Produksi cahaya pada kunang-kunang merupakan reaksi kimia yang terjadi pada organ pemancar cahaya, yang terletak pada bagian bawah abdomen (perut). Pada bagian ini, enzim luciferase menggunakan luciferin sebagai substrat untuk merangsang pemancaran cahaya. Cahaya yang dihasilkan memiliki panjang gelombang antara 510 sampai 670 nanometer dengan warna pucat kekuningan hingga hijau kemerahan. Reaksi yang terjadi tersebut tergolong sangat efisien karena dari total reaksi, 96% substrat diubah menjadi energi cahaya.

Gambar 1. Reaksi bioluminesense.

Enzim Luciferase yang berasa dari kunang-kunang Amarika Utara (1.13.12.7) adalah monooksigenase yang mengemisikan cahaya dengan adanya substrat luciferin, adenosin triphosfat (ATP), Mg⁺², dan oksigen (Gambar 1). Struktur kristal dari luciferase kunang-kunang Amerika Utara (Photinus pyralis) tanpa substrat dan kunang-kunang Jepang (Lunuraria cruciata)  dengan analog intermediet telah diketahui menggunakan kristalografi X-ray. Keberhasilan isolasi gen (kloning) luciferase dari kunang-kunang Photinus pyralis pada awal 1980-an oleh Helinski dan Marlene merupakan salah satu babak baru dalam perkembangan bioteknologi. Sama halnya dengan GUS, luciferase juga dapat digunakan untuk analisis ekspresi gen atau sebagai reporter. Penggunaan luciferase sebagai reporter gen memiliki beberapa keunggulan, di antaranya adalah luciferin (substrat) yang dipakai bersifat water soluble (larut dalam air) sehingga dapat dengan mudah masuk ke dalam sel. Selain itu, luciferase bisa melangsungkan reaksinya di dalam sel hidup karena produk reaksinya tidak bersifat toxic (beracun) bagi makhluk hidup. Namun demikian, enzim luciferase tersebut belum digunakan secara luas dikarenakan stabilitas enzim yang rendah baik dalam kondisi in vivo maupun in vitro.