varhaiset tutkimukset
vaikka salama, revontulet ja kiiltomatojen ja sienten himmeä valo ovat aina olleet ihmiskunnan tiedossa, luminesenssin ensimmäiset tutkimukset (1603) alkoivat synteettisestä materiaalista, kun alkemisti ja suutari Vincenzo Cascariolo Bolognassa Italiassa kuumensi bariumsulfaatin (bariitin, raskaan Sparin) ja hiilen seosta; jäähdytyksen jälkeen saatu jauhe osoitti sinertävää hehkua yöllä, ja Cascariolo havaitsi, että tämä hehku voitiin palauttaa altistamalla jauhe auringonvalolle. Materiaalille annettiin nimi lapis solaris eli” aurinkokivi”, koska alkemistit aluksi toivoivat sen muuttavan baseerimetallit kullaksi, jolloin kullan symbolina olisi aurinko. Voimakas jälkihehku herätti monien tuon ajan oppineiden miesten mielenkiinnon, ja he antoivat aineistolle muita nimiä, muun muassa fosforin, joka merkitsee ’valon kantajaa’, jota sen jälkeen sovellettiin kaikkeen pimeässä hohtavaan materiaaliin.
nykyään nimeä fosfori käytetään vain alkuaineesta, kun taas tiettyjä mikrokiteisiä luminesenssimateriaaleja kutsutaan fosforeiksi. Cascariolon fosfori oli ilmeisesti bariumsulfidia; ensimmäinen kaupallisesti saatavilla oleva fosfori (1870) oli ”Balmainin maali”, kalsiumsulfidivalmiste. Vuonna 1866 kuvattiin ensimmäinen stabiili sinkkisulfidifosfori. Se on yksi nykyteknologian tärkeimmistä fosforeista.
yksi ensimmäisistä tieteellisistä tutkimuksista, jotka koskivat lahoavan puun tai lihan ja kiiltomatojen aiheuttamaa luminesenssia, joka tunnettiin antiikin ajoilta, teki vuonna 1672 englantilainen tiedemies Robert Boyle, joka ei ollut tietoinen valon biokemiallisesta alkuperästä, mutta joka kuitenkin vahvisti joitakin bioluminesenssijärjestelmien perusominaisuuksia: että valo on kylmää, että kemialliset aineet, kuten alkoholi, suolahappo ja ammoniakki, voivat estää sitä ja että valonsäteily on riippuvainen ilmasta (kuten myöhemmin todettiin, hapesta).
vuosina 1885-87 havaittiin, että Länsi-Intian tulikärpäsistä (”Pyrophorus”) ja tylppäpyrstösimpukasta (”Pholas”) valmistetut raakauutteet antoivat valoreaktion, kun ne sekoitettiin toisiinsa. Toinen valmisteista oli kylmävesiuute, joka sisälsi suhteellisen epästabiilia lämpöä, lusiferaasia; toinen oli kuumavesiuute, joka sisälsi suhteellisen lämpöä stabiilia yhdistettä, lusiferiiniä. Luminesenssireaktio, joka tapahtui, kun lusiferaasin ja lusiferiinin liuoksia sekoitettiin huoneenlämmössä, viittasi siihen, että kaikki bioluminesenssireaktiot ovat ”lusiferiini–luciferaasi-reaktioita.”Kun otetaan huomioon bioluminesenssireaktioiden monimutkainen luonne, ei ole hämmästyttävää, että tätä yksinkertaista bioluminesenssin käsitettä on täytynyt muuttaa. Vain pieni määrä bioluminesenssijärjestelmiä on tutkittu niiden luciferiinin ja vastaavan luciferaasin osalta, joista tunnetuimpia ovat Yhdysvalloista peräisin olevien Tulikärpästen bioluminesenssi, Japaninmeressä elävä pieni äyriäinen (Cypridina hilgendorfii) ja mätänevä kala ja liha (bakteerien bioluminesenssi). Vaikka bioluminesenssijärjestelmille ei ole vielä löytynyt käytännön sovelluksia, ne ovat kiinnostavia korkean luminesenssitehokkuutensa vuoksi.
ensimmäiset tehokkaat kemiluminesenssimateriaalit olivat ei-biologisia synteettisiä yhdisteitä kuten luminoli (kaavalla 5-amino-2,3-dihydro-1,4-ftalatsiinidioni). Tämän yhdisteen hapettumisen aiheuttama voimakas sininen kemiluminesenssi raportoitiin ensimmäisen kerran vuonna 1928.