発光するホタルの成虫は、腹部の後方の一定の体節に発光器を持つ。幼虫は、腹部末端付近の体節に発光器を持つものが多いが、より多くの体節に持っている場合もある。ホタルの発光物質はルシフェリンと呼ばれ、ルシフェラーゼという酵素とATPがはたらくことで発光する。発光は表皮近くの発光層で行われ、発光層の下には光を反射する反射層もある。ホタルに限らず、生物の発光は電気による光源と比較すると効率が非常に高く、熱をほとんど出さない。このため「冷光」とよばれる。
多くの種類の幼虫は湿潤な森林の林床で生活し、種類によってマイマイやキセルガイなどの陸生巻貝類やミミズ、ヤスデなどといった土壌動物の捕食者として分化している。日本に棲むゲンジボタル、ヘイケボタル、クメジマボタルの3種の幼虫は淡水中に生息し、モノアラガイやカワニナ、タニシやミヤイリガイなどの淡水生巻貝類を捕食するが、これはホタル全体で見るとむしろ少数派である（実際、『ファーブル昆虫記』に登場するホタルは陸棲で、カタツムリを補食する）。また、スジグロボタルの幼虫は普段は陸上で生活するが、摂食時のみ林内の小さな湧水や細流の水中に潜り、カワニナを捕食していることが知られている。ゲンジボタルやヘイケボタルなど水生の種では、幼虫・成虫ともに水草やスイカのような香りがある。多くの種類の成虫は、口器が退化しているため、口器はかろうじて水分を摂取するぐらいしか機能を有していない。このため、ほぼ1～2週間の間に、幼虫時代に蓄えた栄養素のみで繁殖活動を行うことになる。海外には、成虫となっても他の昆虫などを捕食する種がいる。
成虫の体長は数mm～30mmほどで、甲虫としては小型～中型である。体型は前後に細長く、腹背に平たい。特に前胸は平らで、頭部を被うことが多い。よくある色合いは全体に黒っぽく、前胸だけが赤いというものである。その体は甲虫としては柔らかい。オスとメスを比べるとメスのほうが大きい。メスは翅が退化して飛べない種類があり、さらには幼虫のままのような外見をした種類もいる。成虫期間は約1～2週間。幼虫はやや扁平で細長い。頭部は胸部に引っ込めることができる。胸部に短い三対の歩脚があり、腹部の後端に吸盤があって、シャクトリムシのように移動する。
主に熱帯から温帯の多雨地域に分布し、世界にはおよそ2,000種が生息しているとされる。幼虫時代を水中で過ごす水生ホタルと、陸上の湿地で過ごす陸生ホタルがいる。日本で「ホタル」といえば、本州以南の日本各地に分布し、5月から6月にかけて孵化するゲンジボタル Luciola cruciata を指すことが多い。日本ではゲンジボタルが親しまれていて、これが全てのホタルの代表であるかのように考えられるが、実際には遥かに多様な種がある。国内には約40種が知られており、世界的には熱帯を主な分布域とするだけに、本土（九州以北）より南西諸島により多くの種がある。さらに南に下った台湾では約58種が生息しており、初夏にホタルを鑑賞する観光行事も行われている。ゲンジボタルの成虫が初夏に発生するため、日本ではホタルは夏の風物詩と捉えられており、夜の蛍の発光を鑑賞する「蛍狩り」が行われる。日本を含む東アジアにおいて、蛍の成虫は必ずしも夏だけに出現するものではない。例えば朝鮮半島、中国、対馬に分布するアキマドボタル Pyrocoelia rufa は和名通りに秋に成虫が発生する。西表島で発見されたイリオモテボタル Rhagophthalmus ohbai は真冬に発光する。
ポリプテルス・ガー目・ハイギョなどの開鰾類と同様、水を鰓に通すことによる通常の呼吸の他に、水面から空気を呑み込み、小さな呼吸管を通じて鰾に取り入れることによる空気呼吸が可能である。活動レベルが低い時でも、酸素の半分以上を空気呼吸によって取り込んでいる。鰾の換気には、2つの異なるタイプがある。タイプIは水上や貧酸素水塊中で誘発されるもので、吸気と呼気の動作からなり、ガス交換によって血中の酸素濃度を維持する役割がある。タイプIIは吸気のみの動作で、鰾の容積を増加させて浮力を確保する役割がある。本種は空気呼吸によって貧酸素環境でも代謝を維持することで、生存能力を向上させている。周囲が暗くなると活動が活発になり、空気呼吸の頻度も増加する。血液は、暖かく酸性の水域に適応したもので、水温が10℃を下回ると動きが鈍くなる。この温度では空気呼吸をほとんど行わないが、水温の上昇とともにその頻度は増加する。また、高温時にも、二酸化炭素の排出は鰓から行っている。適した水温は12-26℃の範囲で、18℃の時に最も活動レベルが高い。1950年に爬虫類学者のWilfred T. Neillは、川から0.4kmの地点の地下10cmから、直径20cm程度の繭を作って夏眠する本種を発見したと報告している。また同時に、過去の洪水がこの場所に到達していたことにも言及している。本種のような河川性の魚類が洪水によって水没した澱みに進入し、水が引いた時に取り残されることは珍しいことではない。このような夏眠の報告は逸話的に複数回記録されているが、実験室では水上で3-5日以上生存させることはできていない。だが、野外での実験は未だ行われておらず、空気呼吸が可能であること、鰓糸や鰓弁が硬い構造で、空気に曝されてもガス交換が可能であることから、夏眠が可能であるという見方も存在する。