Kemiluminesenssi on valon ja lämmön säteilyä kemiallisen reaktion seurauksena. Se on eräänlainen sähkömagneettinen säteily, joka vain sattuu näkyvään spektriin, jolloin se on helppo nähdä ja tunnistaa. Tunnetuin esimerkki kemiluminesenssista on luultavasti kemiallinen reaktio, jota käytetään hehkutulppien sytyttämiseen, mikä on seurausta halkeamasta pieni injektiopullo yhdestä kemikaalista kemikaaliksi, jonka kanssa se reagoi.
Kun kemiluminesenssi tapahtuu eläimillä, sitä kutsutaan bioluminesenssiksi. Useat eläinlajit käyttävät tätä prosessia signaalina tai saaliin houkuttelemiseksi; tulikärpäset ovat merkittäviä kemiluminoivien reaktioiden tuottajia, samoin kuin jotkut levät. Kun kemikaalit altistetaan sähkövirralle, se luo luminoivan reaktion, sitä kutsutaan elektrokemoluminesenssiksi.
Kemiluminesenssille on kaikenlaisia mielenkiintoisia sovelluksia. Esimerkiksi Luminol, kemikaalilaajalti käytetty kemikaali, reagoi raudan kanssa luodakseen luminoivan reaktion. Kun oikeuslääketieteen tiimit haluavat määrittää, onko verijälkiä rikospaikalla, ne voivat suihkuttaa alueen Luminolilla reaktion aikaansaamiseksi. Sitä voidaan myös käyttää muiden reagoivien aineiden jäämien tarkistamiseen paikassa olettaen, että kemikaalia, joka synnyttää kemiluminesenssireaktion, voidaan saada. Joillakin kaasufaasireaktioilla on myös tämä ominaisuus, joten kemiluminesenssia voidaan käyttää tiettyjen epäpuhtauksien jäämien tarkistamiseen ilmassa.
Tällaisten reaktioiden valo on usein himmeän vihreää tai sinistä, ja kirkkaus vaihtelee käytettävien kemikaalien ja läsnä olevien kemikaalien määrän mukaan. Joskus kemiluminesenssi voi olla erittäin kirkas, ja tällaisia reaktioita käytetään usein osoittamaan tämä mielenkiintoinen ominaisuus laboratoriossa opiskelijoille. Muina aikoina se voi olla paljon hienovaraisempaa ja vaatii terävän silmän havaitsemaan reaktion jäljet.
Kun reaktio etenee, kemiallinen koostumus muuttuu ja valo alkaa sammua ennen kuin se haalistuu kokonaan konversion seurauksena. Usein kemiluminesenssi on hyvin lyhyt, ainakin paljaalla silmällä, vaikka tieteellisiä työkaluja voidaan käyttää reaktion mittaamiseen sen jatkuessa. Reaktion vaiheita voidaan käyttää myös vihjeiden tuottamiseen, ja tutkijat analysoivat kuinka kauan reaktio tapahtuu eri vaiheissa ja miten väri- ja kirkkaustasot muuttuvat.