Kai terminis popierius veikiamas aukštesnėje nei 70 laipsnių temperatūroje, jo šiluminė danga pradeda keisti spalvą. Norint suprasti, kodėl taip nutinka, reikia pažvelgti į jo cheminę sudėtį.
Šiluminę dangą visų pirma sudaro du komponentai: bespalvis dažiklis (taip pat žinomas kaip leuko dažiklis) ir spalvos ryškiklis. Šio tipo popierius vadinamas dviejų-komponentinių cheminiu terminiu įrašymo popieriumi.
Dažniausiai naudojami bespalviai dažai apima tokias medžiagas kaip krištolinis violetinis laktonas (CVL) iš trifenilmetano ftalido sistemos, dažai fluorano{0}} pagrindu, benzoilleuko metileno mėlynasis (BLMB) ir spiropirano{1} junginiai.
Dažniausiai naudojamos disperguojančios medžiagos yra polivinilo alkoholio (PVA) klasės L-3266, GL-05 ir KL-03 (gaminta Nippon Synthetic Chemical Industry).
Dažniausiai naudojami priedai viršutinėms ir pagrindinėms dangoms yra Gohsefimer Z-200 ir PVA klasės T-350 ir N-300.
Dažniausiai naudojami spalvų ryškikliai apima tokias medžiagas kaip p-hidroksibenzenkarboksirūgštis ir jos esteriai (PHBB, PHB), salicilo rūgštis, 2,4-dihidroksibenzenkarboksirūgštis ir aromatiniai sulfonai.
Kai šiluminis popierius kaitinamas, tarp bespalvio dažo ir spalvos ryškiklio vyksta cheminė reakcija, dėl kurios susidaro spalva; vadinasi, kai popierius naudojamas fakso aparate signalams priimti ir spausdinti arba šiluminiame spausdintuve, atsiranda vaizdai ir tekstas. Kadangi yra įvairių bespalvių dažų tipų, gaunama atspausdinta spalva gali skirtis, todėl gaunami atspalviai, pvz., mėlyna, purpurinė arba juoda.