Ketika kertas termal ditempatkan di lingkungan di atas 70 derajat, lapisan termal mulai berubah warna. Alasan perubahan warna juga dimulai dari komposisinya.
Ada dua komponen termal utama dalam pelapis kertas termal: satu adalah pewarna leuco atau pewarna leuco; yang lainnya adalah pengembang warna. Jenis kertas termal ini juga disebut kertas perekam termal jenis kimia dua komponen.
Umumnya digunakan sebagai pewarna leuco adalah: crystal violet lactone (CVL) sistem trityl phthalide, sistem fluoran, benzoilmetilen biru tidak berwarna (BLMB) atau sistem spiropyran.
Dispersan yang umum digunakan adalah: polivinil alkohol L-3266, polivinil alkohol GL-05, polivinil alkohol KL-03 (diproduksi oleh Japan Synthetic Chemical).
Aditif lapisan atas dan lapisan bawah yang umum digunakan adalah: gohsefimer Z-200, polivinil alkohol T-350, polivinil alkohol N-300.
Umumnya digunakan sebagai zat pengembang warna adalah: asam para-hidroksibenzoat dan esternya (PHBB, PHB), asam salisilat, asam 2,4-dihidroksibenzoat atau sulfon aromatik dan zat lainnya.
Ketika kertas termal dipanaskan, pewarna leuco dan pengembang bereaksi secara kimia untuk menghasilkan warna, sehingga ketika kertas termal digunakan untuk menerima sinyal pada mesin faks atau mencetak langsung dengan printer termal, grafik dan teks ditampilkan. Karena pewarna leuco banyak jenisnya, maka warna tulisan tangan yang ditampilkan pun berbeda-beda, antara lain biru, ungu, hitam, dan lain-lain.