Khi giấy in nhiệt tiếp xúc với nhiệt độ trên 70 độ, lớp phủ nhiệt của nó bắt đầu đổi màu. Để hiểu tại sao điều này xảy ra, người ta phải nhìn vào thành phần hóa học của nó.
Lớp phủ nhiệt chủ yếu bao gồm hai thành phần: thuốc nhuộm không màu (còn được gọi là thuốc nhuộm leuco) và chất tạo màu. Loại giấy này được gọi là giấy ghi nhiệt hóa học hai thành phần.
Thuốc nhuộm không màu thường được sử dụng bao gồm các chất như Crystal Violet Lactone (CVL) từ hệ thống triphenylmethane phthalide, thuốc nhuộm dựa trên fluoran-, Benzoyl Leuco Methylene Blue (BLMB) và các hợp chất dựa trên spiropyran-.
Các chất phân tán thường được sử dụng bao gồm Polyvinyl Alcohol (PVA) loại L-3266, GL-05 và KL-03 (do Nippon Synthetic Chemical Industry sản xuất).
Các chất phụ gia thường được sử dụng cho lớp phủ trên cùng và nền bao gồm Gohsefimer Z-200 và PVA loại T-350 và N-300.
Các chất tạo màu thường được sử dụng bao gồm các chất như axit p-hydroxybenzoic và este của nó (PHBB, PHB), axit salicylic, axit 2,4-dihydroxybenzoic và sulfones thơm.
Khi giấy in nhiệt được làm nóng, phản ứng hóa học xảy ra giữa thuốc nhuộm không màu và chất tạo màu, tạo ra màu; do đó, khi giấy được sử dụng trong máy fax để nhận và in tín hiệu hoặc trong máy in nhiệt, hình ảnh và văn bản sẽ xuất hiện. Vì hiện có nhiều loại thuốc nhuộm không màu nên màu in ra có thể-tạo ra các sắc thái khác nhau như xanh lam, đỏ tươi hoặc đen.