Ketika kertas termal terkena suhu di atas 70 derajat, lapisan termalnya mulai berubah warna. Untuk memahami mengapa hal ini terjadi, kita harus melihat komposisi kimianya.
Lapisan termal terutama terdiri dari dua komponen: pewarna tidak berwarna (juga dikenal sebagai pewarna leuco) dan pengembang warna. Jenis kertas ini disebut sebagai-kertas perekam termal kimia dua komponen.
Pewarna tidak berwarna yang umum digunakan mencakup zat seperti Crystal Violet Lactone (CVL) dari sistem trifenilmetana fthalida, pewarna berbasis fluoran, Benzoyl Leuco Methylene Blue (BLMB), dan senyawa berbasis spiropyran.
Bahan pendispersi yang umum digunakan meliputi Polivinil Alkohol (PVA) grade L-3266, GL-05, dan KL-03 (diproduksi oleh Nippon Synthetic Chemical Industry).
Aditif yang umum digunakan untuk pelapis atas dan dasar meliputi Gohsefimer Z-200 dan PVA grade T-350 dan N-300.
Pengembang warna yang umum digunakan mencakup zat seperti asam p-hidroksibenzoat dan esternya (PHBB, PHB), asam salisilat, asam 2,4-dihidroksibenzoat, dan sulfon aromatik.
Ketika kertas termal dipanaskan, reaksi kimia terjadi antara pewarna tidak berwarna dan pengembang warna, menghasilkan warna; akibatnya, ketika kertas digunakan dalam mesin faks untuk menerima dan mencetak sinyal atau dalam printer termal, gambar dan teks akan muncul. Karena tersedia berbagai jenis pewarna tak berwarna, warna cetakan yang dihasilkan bisa bervariasi-menghasilkan corak seperti biru, magenta, atau hitam.