Keď je termálny papier umiestnený v prostredí nad 70 stupňov, tepelný náter začne meniť farbu. Dôvod jeho zafarbenia vychádza aj z jeho zloženia.
V termálnom poťahovaní papiera sú dve hlavné tepelné zložky: jednou je leukofarbivo alebo leukofarbivo; druhá je farebná vývojka. Tento typ termálneho papiera sa tiež nazýva dvojzložkový termopapier chemického typu.
Bežne používané ako leukofarbivá sú: kryštálová violeť laktón (CVL) tritylftalidového systému, fluoranový systém, bezfarebná benzoylmetylénová modrá (BLMB) alebo spiropyránový systém.
Bežne používané dispergačné činidlá sú: polyvinylalkohol L-3266, polyvinylalkohol GL-05, polyvinylalkohol KL-03 (vyrába Japan Synthetic Chemical).
Bežne používané aditíva vrchného a spodného náteru sú: gohsefimer Z-200, polyvinylalkohol T-350, polyvinylalkohol N-300.
Ako látky vyvolávajúce farbu sa bežne používajú: kyselina para-hydroxybenzoová a jej estery (PHBB, PHB), kyselina salicylová, kyselina 2,4-dihydroxybenzoová alebo aromatické sulfóny a iné látky.
Keď sa termálny papier zahreje, leukofarbivo a vývojka chemicky reagujú za vzniku farby, takže keď sa termálny papier používa na príjem signálov na faxe alebo priamu tlač na termotlačiarni, zobrazí sa grafika a text. Pretože existuje veľa druhov leukofarbív, farba zobrazeného rukopisu je odlišná, vrátane modrej, fialovej, čiernej atď.