生物對晝夜光暗循環(huán)格局的反應。光周期指晝夜周期中的光照期。20世紀20年代植物生理學家首先對光周期現(xiàn)象進行了科學研究，當時認為主要是光照期的長度決定植物是否進入開花期。但后來的研究表明，暗期的長度對開花極為重要。事實上光照期和暗期的相對重要性因物種而異，有時兩者都不可缺。
每日光照期的長短因季節(jié)和緯度而異：如在北半球冬季日照短而夏季日照長，在南半球則適相反。季節(jié)間日照長度的差異在赤道附近不明顯，但從赤道越往高緯度越顯著。對一定的緯度來說，日照期的長度可以準確地指示季節(jié)，比日照強度和氣溫都更可靠。在北半球的秋季，隨著日照時間的縮短，植物開始落葉，某些昆蟲進入滯育，候鳥準備南飛；至春季隨著日照時間的延長，候鳥北返，昆蟲復蘇，植物也紛紛進入著葉開花期。在這些現(xiàn)象中都是日照長度的變化給生物提供了信息。光周期現(xiàn)象是物種長期進化的產(chǎn)物，它保證了生物能在適宜的環(huán)境條件下生長和繁育。生物光周期現(xiàn)象因生物本身的發(fā)育階段而異，同時也受氣溫、食物等外界環(huán)境因素的影響。現(xiàn)已知，光周期現(xiàn)象是和生物內(nèi)在的生物鐘機制耦合在一起而發(fā)揮作用的。
人類早已將有關(guān)光周期現(xiàn)象的知識用于生產(chǎn)，應用較廣的實例如調(diào)節(jié)光照時間以控制花卉的開花時間和家雞的產(chǎn)卵量。在自然條件下，晝夜周期的總長度是個定值（24小時），一定的光照期必然對應一定的暗期。在人工條件下，雖可以產(chǎn)生任意長度的光暗組合，但要產(chǎn)生預期效果，仍需大致模擬生物已長期適應了的自然情況。
植物、昆蟲和鳥類的光周期現(xiàn)象比較明顯，對它們的研究也比較多。這包括植物的開花、落葉，種子和芽孢的休眠及塊莖、塊根的形成等；昆蟲的滯育、遷徙和型變等；鳥類的遷飛、生殖腺發(fā)育、體脂積累和換羽等。生物必需有感光機制才能對光周期作出反應：在植物中有光敏素；在動物，視神經(jīng)以及松果體或其他腦部結(jié)構(gòu)是反應的第一站。其次，生物體內(nèi)必需存在測時裝置（生物鐘）才能判定光照期（或暗期）的長度是否適宜，這方面的研究還沒有取得什么重要成果。最后，在反應的傳出環(huán)節(jié)上，植物可能是通過激素；動物則包含神經(jīng)和激素兩者。生物光周期現(xiàn)象是進化形成的遺傳特性，它決定了物種能對光周期作出什么反應，但實際發(fā)生的反應卻又受環(huán)境條件的影響。對親蠶進行光照實驗，反應卻表現(xiàn)在子代上；光照長短可決定子代是否滯育。這都說明光周期現(xiàn)象的復雜性，需要結(jié)合生理學、遺傳學、生態(tài)學等多方面的研究才能闡明。
植物 最初發(fā)現(xiàn)，一部分植物如小麥、玉米，每日接受光照的時間必須超過某個數(shù)值才能開花，于是稱它們?yōu)殚L日照植物。而另一部分植物如水稻、大豆，每日接受光照的時間必須少于某個數(shù)值才能開花，于是就稱它們?yōu)槎倘照罩参铩＿@個每日必需的最長或最短光照時間數(shù)值叫做臨界光照時間（期）。因為同種個體間每日所需光照時間也有差異，所以總要用大量植株做光照實驗，根據(jù)50％植株開花時所給的光照時間長短確定該數(shù)值。日夜的總和是24小時，因而長日植物即短夜植物，短日植物即長夜植物。后來發(fā)現(xiàn)，植物實際是依據(jù)黑夜的長短來作出開花反應的。所以應測定的是臨界暗期的長度。所謂長日照植物實際上是它們的暗期不能超過其臨界值，而所謂短日照植物實際上是說它們的暗期必須超過某臨界值。又發(fā)現(xiàn)，24小時內(nèi)暗期的總和并非決定因素，例如在一個長的暗期內(nèi)插入短時間光照，那么決定開花與否的將是被分割開的短暗期的長度。實驗還表明，光照期仍然是重要的，因為需要幾個光周期誘導才能開花的短日照植物，在全暗條件下并不能開花。
在一些植物葉部存在的光敏素，可能是有關(guān)的感光物質(zhì)。在實驗中，一個植株接受適宜光照，與之嫁接的另一未受光照的植株也發(fā)生開花反應，這說明是經(jīng)激素傳導，不過至今尚未分離出有關(guān)激素。
鳥類 燈草鹀在春季的生殖腺發(fā)育和向北遷徙是光照期變長的結(jié)果，如果在晚秋和冬季人工加長光照時間，也可誘導其生殖腺早熟和提前北飛。現(xiàn)已知道多種鳥如燕雀、鹀、麻雀、掠鳥等都有光周期反應，主要表現(xiàn)在生殖腺發(fā)育，脂肪體積聚、脫換羽毛和遷徙等方面。
鳥類生殖腺的發(fā)育有年節(jié)律的表現(xiàn)，即在春季生殖腺發(fā)育達高峰，體積增大，生殖細胞成熟，進而完成繁殖。至夏季，生殖腺漸小，進入靜止時期。翌年又重復此現(xiàn)象。這種規(guī)律在雄性生殖腺——睪丸的發(fā)育中表現(xiàn)尤為明顯，研究表明，控制這種現(xiàn)象的是光周期：長光照期促使睪丸發(fā)育，短光照期抑制睪丸發(fā)育。與植物相同，鳥類生殖腺的光周期反應也有臨界光照期。誘發(fā)生殖腺發(fā)育的最短光照時間依鳥的種類而異，例如在金冠帶鹀是10小時；掠鳥是8.5小時；家雀為8～9小時。
春季鳥類的遷徙受光周期控制，這是溫帶和亞熱帶許多旅鳥的特征。在熱帶這種現(xiàn)象并不明顯。在溫帶許多于南方過冬的鳥，如鹀、掠鳥等，經(jīng)歷冬季和早春的短日照階段，生理上發(fā)生一系列變化，這一階段稱為“生理準備期”。隨著春季光照時間的日漸延長，鳥體內(nèi)逐漸積累大量脂肪體，生殖腺逐漸增大。當生理變化達到一定階段，且光照時間達臨界值以上時，鳥就開始向北遷飛，到達繁殖地區(qū)。這種變化隨光照時間的增長而加快。秋季的短日照階段對鳥類來說是必要的，稱為生理反應的“準備前期”。未經(jīng)歷此期的鳥不能在隨后的冬季和早春實現(xiàn)一系列生理反應過程。
鳥類的光周期反應主要表現(xiàn)在光照期。這與植物迥然不同。光照的強度對鳥類生殖腺的光周期反應并無明顯影響，只需達到某一最低光照強度即可。每種鳥也都有自己的最低感光值，但增加光的強度并不能加速光周期反應，重要的仍然是光照時間的長短。光照期的作用光譜一般是橙黃色至紅色的光，更傾向于紅光（600～750納米）。
有些鳥類的更換羽毛也受光周期控制。長光照可誘導白喉帶鹀、白冠帶鹀等換毛，人工延長每日的光照時間往往可促其提前更換羽毛。
昆蟲 多種昆蟲的滯育、遷徙及型的變化都受光周期的控制。
許多昆蟲可以在嚴寒、酷暑來臨之前，逐漸降低新陳代謝、停止生長和發(fā)育，以順利渡過這極端時期。這稱為滯育，而滯育的誘導主要靠光周期的變化。在春季的短日照條件下家蠶產(chǎn)不滯育的卵，但在24℃飼育幼蟲并每天光照16小時以上，則幼蟲發(fā)育成蛾后所產(chǎn)的卵全是滯育卵。因此，家蠶可稱為短日照型昆蟲。
昆蟲一般是在發(fā)育早期受光周期的誘導，至發(fā)育后期才表現(xiàn)出滯育。玉米螟幼蟲對光周期的感應是在3～4齡期，滯育出現(xiàn)在前蛹期。番茄夜蛾的幼蟲在8小時短光照條件下飼養(yǎng)，至蛹期才滯育。
許多昆蟲的遷徙與光周期有密切關(guān)系。在北美有一種大紅斑蝶，夏季在加拿大和美國北部生長繁殖，秋季日照縮短后就成群結(jié)隊向南遷移至墨西哥過冬，翌年春季日照增長后又北遷。短光照促使馬鈴薯葉甲從寄主植物轉(zhuǎn)移入土壤休眠，也使七星瓢蟲遷移上山越冬。
蚜蟲在不同季節(jié)定居在不同種類的植物（木本或草本）上。無翅的個體還要轉(zhuǎn)化為有翅類型才能在不同生境間遷移。而且蚜蟲大部分時間營孤雌生殖，但入冬前卻要分化出兩性個體，進行有性生殖，再以受精卵越冬。這些型變也是受光周期誘導的。
昆蟲的光周期反應主要是對光照期長短的反應，但在短日照型昆蟲，光照與黑暗的交替似乎是主要的。短日照型昆蟲的光周期反應與植物不同，若在暗期中間給予短時間的光照，借此把暗期分成數(shù)段，而暗期總的時間不變，在這種情況下昆蟲的光周期反應并不發(fā)生變化。這說明暗期不一定要連續(xù)，光照期卻可以累加。昆蟲光周期反應的另一個特點是它的光強度閾值低，即弱光就足以引起反應。昆蟲的光周期反應對光波性質(zhì)有一定的選擇，最敏感的光一般是藍紫光（350～510納米），而黃色至紅色的長波段光無效應。